[發明專利]一種多孔生物質炭/Co(OH)2

有效

• 申請號: 202110146883.7
• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN112908720B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 樊新;蘇筱崢;李良爍;寧方慧;秦琳;鄧酩
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/34;H01G11/44;H01G11/24;H01G11/86
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 王穎

本發明公開一種多孔生物質炭/Co(OH)₂復合電極材料及其制備方法。所述多孔生物質炭/Co(OH)₂復合電極材料以食物殘渣土豆皮為原料，加入活化劑氫氧化鉀、尿素充分混合，經脫水、炭化制備多孔生物質炭材料，再用硝酸鈷作為鈷源和氫氧化鉀提供堿性條件在此多孔生物質炭材料進行表面生長，得到多孔生物質炭/Co(OH)₂復合電極材料。該多孔結構材料比表面積大，有利于電解液的潤濕和載流子在電極材料中的傳輸和遷移，以此提高炭材料的電化學性能。將該電極材料作為工作電極展示出較高的比電容、優異的倍率特性及良好的循環穩定性，且制備過程綠色環保、操作簡單，該方法同時可以用來合成其他生物質材料衍生的多孔炭電極材料。

技術領域

本發明涉及超級電容器技術領域，特別是涉及一種多孔生物質炭/Co(OH)₂復合電極材料及其制備方法。

背景技術

隨著新型經濟的快速發展對能源的需求與日益加劇的環境污染問題之間的矛盾，急切需求一種新型能量儲存裝置。超級電容器被稱為電化學雙層電容器，擁有功率密度高、充放電速度快以及出色的循環穩定性等特點。此外，超級電容器具有高功率性能和低維護成本等優點而被提出作為未來的替代能量存儲設備。超級電容器不僅充電速度更快，而且更可靠，因為它們不易受溫度變化的影響。因而，超級電容器在科學研究價值和廣泛的商業應用領域上引起了科學界的重大關注。

生物質炭材料具有原材料易獲取，制作成本低廉，屬于清潔能源，對自然環境無污染等優勢。生物質主要由木質素，半纖維素和纖維素組成，二木質素和半纖維素分布的無序性造成了生物質炭材料的形貌和孔隙分布的無規律性，使得生物質炭材料的循環性能和倍率性能受到極大的影響，為了適應更加苛刻的儲能材料安全性能條件，許多科研工作者將研究的目標轉向以綠色生物質炭材料為主的水系超級電容器的設計和制備。比如：“一種超級電容器用海藻基活性炭前驅體的制備方法”(CN108101051A)專利中是利用海藻干料為原料，經過破壁、除雜等一系列操作后得到前驅體，所得前驅體通過炭化活化后得到比表面積巨大的活性炭材料；“富N活性炭電極的制備方法”(CN102360959A)專利中是利用富含脲醛樹脂的廢棄刨花板作為原料，在惰性氣氛下與氫氧化鉀共混后炭化，然后用磷酸進行活化，制得富含氮元素的活性炭。上述方法的缺點是：1、富含脲醛樹脂的原材料來源不廣且產量小，價格也相對較貴；2、步驟繁瑣，不利于工業化生產； 3、由于生物質本身的特殊結構，目前已知的生物質大多存在孔結構不規律，比表面積較小，摻雜原子含量少，比容量低等問題。

因此，采用簡單常見且易收集的廢棄物原料和簡單的合成操作制備具有優異電化學性能的超級電容器電極材料對于電化學儲能領域的應用具有重大的意義。

發明內容

本發明的目的是提供及一種多孔生物質炭/Co(OH)₂復合電極材料及其制備方法，以解決上述現有技術中電極材料比電容低、可逆性差和導電性差、不環保以及以綠色生物質炭材料為原料的電極材料來源不廣、價格貴不利于工業化生產的問題。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種多孔生物質炭/Co(OH)₂復合電極材料，所述多孔生物質炭/Co(OH)₂復合電極材料以土豆皮粉為原料，經氫氧化鉀和尿素活化后進行炭化處理，得到多孔生物質炭；再以硝酸鈷為鈷源，在堿性條件下，在多孔生物質炭表面進行原位生長而成。

進一步地，所述土豆皮粉、氫氧化鉀和尿素質量比為1:1.5:1。

進一步地，所述土豆皮粉由土豆皮經水洗、干燥、粉碎以及過篩處理制得。

進一步地，所述炭化處理是指在800℃下熱處理2h。

進一步地，所述多孔生物質炭與硝酸鈷質量比為1:(1-10)。

本發明還提供一種多孔生物質炭/Co(OH)₂復合電極材料的制備方法，包括以下步驟：