[發(fā)明專利]基于豆芽構(gòu)建復(fù)合材料的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011533744.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN112735857A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 席秋波;王維君
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海卓笙環(huán)保科技有限公司
• 主分類號(hào): H01G11/86
• 分類號(hào): H01G11/86;H01G11/46;H01G11/32
• 代理公司: 深圳至誠(chéng)化育知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44728
• 代理人: 劉英

本發(fā)明公開了基于豆芽構(gòu)建復(fù)合材料的方法，具體涉及超級(jí)電容器領(lǐng)域，利用金屬鹽溶液培養(yǎng)豆芽，使豆芽活體吸收含有金屬離子，在其碳化活化后，制得活性炭和金屬氧化物的復(fù)合電極材料。本發(fā)明將黃豆用金屬鹽溶液澆灌培育，通過(guò)控制金屬離子溶液的種類和濃度，培育出含有金屬鹽的活體豆芽，實(shí)現(xiàn)活體生物含有金屬離子，而后用碳化活化直接制得活性碳/金屬氧化物復(fù)合物的電極材料；本發(fā)明采用的是在價(jià)格低廉、生長(zhǎng)環(huán)境極易滿足的豆芽，通過(guò)簡(jiǎn)單的金屬離子溶液澆灌培育法，得到含有金屬鹽的活體生物質(zhì)，從而制備出超級(jí)電容器電極材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超級(jí)電容器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及基于豆芽構(gòu)建復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，煤炭、石油的消耗持續(xù)增加，化石燃料資源逐漸枯竭，環(huán)境污染日益嚴(yán)重。因此，開發(fā)利用綠色可再生資源是解決上述問(wèn)題的最佳方案。超級(jí)電容器由于其在便攜式設(shè)備、電動(dòng)汽車和固定儲(chǔ)能系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，被認(rèn)為是最具潛力的儲(chǔ)能系統(tǒng)之一。與其他儲(chǔ)能系統(tǒng)相比，超級(jí)電容器主要有三大優(yōu)點(diǎn):功率密度高，充放電速度快，循環(huán)壽命長(zhǎng)。

近年來(lái)，價(jià)格低廉的生物質(zhì)基多孔碳成為研究和關(guān)注的熱點(diǎn)，許多生物質(zhì)如銀杏葉、水葫蘆、玫瑰花、紫蘇和蘆薈等已經(jīng)被作為碳前軀體制備生物質(zhì)多孔碳材料，并運(yùn)用于超級(jí)電容器中且呈現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。

碳基電容器是目前應(yīng)用最為廣泛的超級(jí)電容器，是典型的雙電層電容器。雖然現(xiàn)在碳基電容器已經(jīng)部分商業(yè)化了，但是仍然有一些不足，功率密度不夠，需要研究改進(jìn)。旨在研究出同時(shí)擁有高的能量密度、功率密度、循環(huán)穩(wěn)定性、倍率性能優(yōu)異的超級(jí)電容器。

金屬氧化物作為一種典型的贗電容材料，因其優(yōu)異的儲(chǔ)能效應(yīng)，日益成為研究熱點(diǎn)。該材料具有以下特點(diǎn)：(1)具有一定的導(dǎo)電性；(2)質(zhì)子可以自由地穿插；(3)金屬存在兩個(gè)或兩個(gè)以上的氧化態(tài)。盡管金屬氧化物的比電容相對(duì)較高，但由于氧化還原動(dòng)力學(xué)上較為遲緩，充放電過(guò)程中電極容易發(fā)生變形，使得倍率和循環(huán)性能有所降低。因此，研究新的材料體系，在保證活性物質(zhì)容量的前提下提高其倍率性能和循環(huán)性能至關(guān)重要。

如上所述，無(wú)論是碳材料，還是金屬氧化物，作為電容器的電極時(shí)都存在一定的缺點(diǎn)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，為了充分發(fā)揮材料優(yōu)勢(shì)，提高電容器的電化學(xué)性能，滿足儲(chǔ)能需求，通常將這兩種物質(zhì)復(fù)合制備電極材料。

在現(xiàn)有的制備碳/金屬氧化物電極材料的方法中，通常先制備生物質(zhì)多孔碳，再將多孔碳材料與金屬氧化物水熱復(fù)合形成具有優(yōu)良性能的超級(jí)電容器電極。這種傳統(tǒng)制備方法，步驟繁瑣，碳材料和金屬氧化物的結(jié)合力不牢固，并且很難讓金屬氧化物附著在碳材料的孔隙中。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的實(shí)施例提供基于豆芽構(gòu)建復(fù)合材料的方法，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：如何制得結(jié)合強(qiáng)度高的活性炭/金屬氧化物復(fù)合材料。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：基于豆芽構(gòu)建復(fù)合材料的方法，利用金屬鹽溶液培養(yǎng)豆芽，使豆芽活體吸收含有金屬離子，在其碳化活化后，制得活性炭和金屬氧化物的復(fù)合電極材料，其制備包括如下步驟：

S1：稱取一定量的黃豆，浸泡在去離子水中，10h后濾干水，將黃豆鋪平在育苗盤中，蓋上一層潔凈的毛巾；每日澆灌一次20mg/L-200mg/L金屬鹽溶液，進(jìn)行培育，全程遮光養(yǎng)殖；經(jīng)過(guò)7-9天的生長(zhǎng)，得到含有金屬鹽的活體豆芽；

S2：將步驟S1中收獲的豆芽，放入110℃烘箱中，進(jìn)行24h的充分脫水；脫水后的豆芽，浸入10-80g/L的KOH溶液12h后，放入80℃烘箱干燥；

S3：將步驟S2中制得的干燥樣品放入瓷方舟中，在惰性氣體的保護(hù)下550-950℃高溫碳化1.5-3小時(shí)，冷卻至室溫后取出，用去離子水和乙醇洗滌多次，烘干，制得活性炭/金屬氧化物的復(fù)合物。

在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施方式中，所述步驟S1中金屬鹽溶液濃度范圍為50-150mg/L。