[發明專利]一種基于柚子皮制備超級電容器用生物質多孔碳的方法

在審

• 申請號: 202110437801.4
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113184848A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 邢獻軍;卜玉蒸;羅甜;宋雨薔;張賢文;馬培勇
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C01B32/348
• 分類號: C01B32/348;C01B32/324;H01G11/34;H01G11/44
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 婁岳

本發明公開了一種基于柚子皮制備超級電容器用生物質多孔碳的方法，包括以下步驟：(1)將柚子皮洗凈、干燥，粉碎成顆粒；(2)將顆粒狀的柚子皮放入裝有去離子水的聚乙烯反應釜中，置于180?200℃烘箱中水熱法加熱12?24h，固液分離后獲得黑色中間產物；(3)將步驟(2)中的黑色中間產物干燥后與氨水、氯化鋅按一定比例混合并進行烘干，得到混合物；(4)在惰性氣體保護下，將步驟(2)的混合物進行高溫碳化，冷卻至室溫，得到黑色產物；(5)將黑色產物進行反復沖洗，隨后用蒸餾水洗滌至中性，真空干燥，即得超級電容器用生物質多孔碳。本發明以廢棄柚子皮為原料，經水熱炭化、ZnCl₂活化、及NH₄OH進行N摻雜，成功合成氮摻雜多孔碳，所制備的多孔炭具有高孔隙率。

技術領域

本發明屬于超級電容器電極材料技術領域，具體涉及一種基于柚子皮制備超級電容器用生物質多孔碳的方法。

背景技術

超級電容器是一種通過靜電或電化學吸附離子在電極/電解液界面上快速積累/釋放電荷的大功率儲能裝置，在過去的十年中，可持續、清潔和綠色能源存儲技術的發展是一個巨大的需求，超級電容器以其超高的使用壽命和優異的功率密度在電化學儲能系統中發揮著重要的作用，電化學雙層超級電容器基本以靜電電荷存儲機制工作，電極/電解質界面處沒有任何氧化還原反應(非法拉第反應)，其主要缺點是較差的能量密度和較低的比電容，這反過來又影響了電池的整體倍率性能。

各種碳材料已被研究成為超級電容器極具發展前景的材料，生物質多孔碳材料在超級電容器中得到了廣泛的應用，生物質主要由木質素，半纖維素和纖維素組成，每年都有大量的柚子皮被丟棄，從廢柚皮中提取碳是一種高效環保的方法，柚子皮是一種來源廣泛的綠色可再生材料，是制備生物碳材料的理想來源。柚子是世界上最豐富的水果之一。中國南方的許多地方都種有這種植物，柚子皮占總重量的45％左右，柚子皮中的白色絮凝層中含有大量的纖維素和半纖維，同時存在很多孔。

在過去的幾十年里，超級電容器(SCs)在研究活動和商業化方面經歷了顯著的增長，多孔碳作為商業SCs的主要和最重要的電極活性材料，通過傳統的碳化活化策略在工業規模上生產，但商用多孔碳材料存在生產成本高、設備腐蝕、生產過程中排放有毒氣體和副產物污染物等缺點，近年來，人們致力于開發新型的多孔碳材料的合成策略。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于柚子皮制備超級電容器用生物質多孔碳的方法，以克服上述技術問題。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

一種基于柚子皮制備超級電容器用生物質多孔碳的方法，包括以下步驟：

(1)將柚子皮洗凈、干燥，粉碎成顆粒；

(2)將顆粒狀的柚子皮放入裝有去離子水的聚乙烯反應釜中，置于180-200℃烘箱中水熱法加熱12-24h，固液分離后獲得黑色中間產物；

(3)將步驟(2)中的黑色中間產物干燥后與氨水、氯化鋅按一定比例混合并進行烘干，得到混合物；

(4)在惰性氣體保護下，將步驟(2)的混合物進行高溫碳化，冷卻至室溫，得到黑色產物；

(5)用鹽酸溶液將黑色產物進行反復沖洗，隨后用蒸餾水洗滌至中性，真空干燥，即得超級電容器用生物質多孔碳。

進一步地，步驟(1)中，所述顆粒的目數為100目。

進一步地，步驟(1)中，所述干燥溫度為80℃，干燥時間24h。

進一步地，步驟(3)中，所述柚子皮與氨水、氯化鋅的質比為1:1-3:1-3。

進一步地，步驟(3)中，所述烘干溫度為105℃，時間1h。

進一步地，步驟(4)中，所述惰性氣體為氮氣。