[發明專利]一種何首烏藥渣基多孔炭及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110452118.8
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113184843A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 周為貫;雷棟鈞;王衛星;葉雅婧;蘇宇峰;曾艷嫻
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C01B32/324
• 分類號: C01B32/324;C01B32/348;H01G11/34;H01G11/86;H01G11/26;H01M4/583;H01M4/133;H01M4/1393;H01M4/04;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳智英

本發明屬于電極材料的技術領域，公開了一種何首烏藥渣基多孔炭及其制備方法和應用。方法：1)將干燥的何首烏藥渣，在保護性氛圍下預炭化，獲得預炭化產物；所述預炭化溫度為300～600℃；2)將預炭化產物與無機鹽混合物混合，在空氣氛圍下熱解，熱解溫度為400～1000℃，獲得何首烏藥渣基多孔炭；所述無機鹽混合物為KC1和Na₂CO₃。本發明的方法簡單，綠色環保；所制備的多孔炭結構穩定并具有較高的容量以及循環穩定性，且性質穩定、阻抗小，并且解決傳統多孔炭制備工藝活化劑的毒性大、成本高以及環境污染等問題。本發明的多孔炭用于制備電極，特別是超級電容器和/或鋰離子電池中電極。

技術領域

本發明屬于電化學材料技術領域，具體涉及一種何首烏藥渣基多孔炭及其制備方法和應用。

背景技術

隨著能源危機和環境污染問題日益加劇，發展可再生清潔能源成為人們關注的重點，同時對儲能器件也有更迫切的需求。超級電容器由于其高功率密度和超長壽命成為研究的重點，而電極材料是提高儲能器件功率密度和能量密度的關鍵因素之一。

多孔炭材料作為一種常見的電極材料，具有可調控孔結構、高比表面積、優良導電性和化學穩定性等優點，常用于超級電容器以及鋰離子電池。隨著人們對儲能器件的要求逐漸增高，可以預期對多孔炭材料的需求也會逐漸增大。為了制備具有可調控孔結構、高比表面積、優良導電性和化學穩定性等優點的多孔炭材料，目前已有研究者開發出多種精細的合成多孔炭材料的方法：模板法或刻蝕法，但這些方法不僅造價高，而且制備的多孔炭材料其比表面積和孔隙度并不及氫氧化鉀進行化學活化制備的多孔炭材料。而目前常用的一些活化劑，如氫氧化鉀、磷酸、氫氧化鈉或氯化鋅等，具有高腐蝕性和毒性，制備多孔炭材料過程中帶來了嚴重的經濟和環境問題，阻礙了工業化制備多孔炭材料的進程。

我國中藥及天然藥用生物資源種植面積大，藥材總量高，利用中藥及天然藥用生物資源進行制藥、制配方顆粒、標準提取物和各類型的健康產品會產生大量的固體廢棄物和副產物。大多數中藥渣未得到有效利用。利用中藥渣作為制備多孔炭材料的前驅體可有效推進中藥渣的資源化利用。熔融鹽炭化法是將前驅體與鹽類混合，在高溫熔融鹽的特殊反應條件下制備多孔炭材料的方法。該方法具有制備的多孔炭具有微孔結構發達、鹽類和多孔炭易于分離、鹽類可回收等優點。

如何通過綠色環保的方法利用中藥渣制備出結構穩定并具有較高的容量以及循環穩定性的多孔炭電極成為人們需要解決的問題之一。

發明內容

為了克服現有技術的缺點和不足，本發明的目的在于提供一種何首烏藥渣基衍生多孔炭及其制備方法。本發明的中藥渣基衍生多孔炭利用何首烏藥渣作為前驅體，原料廉價易得，且利用低溫熔融鹽在空氣氛圍中活化制備多孔炭，所獲得的多孔炭電極結構穩定、并具有較高的容量以及循環穩定性，有效取締了高腐蝕性和毒性的活化劑，改善了傳統多孔炭的制備工藝，綠色環保，節約能耗，實現了中藥渣的資源化利用。

本發明的另一目的在于提供上述何首烏藥渣基多孔炭的應用。所述何首烏藥渣基衍生多孔炭用于制備超級電容器電極。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種何首烏藥渣基多孔炭的制備方法，包括以下步驟：

1)將干燥的何首烏藥渣，在保護性氛圍下預炭化，獲得預炭化產物；

2)將預炭化產物與無機鹽混合物混合，在空氣氛圍下熱解，獲得何首烏藥渣基多孔炭；所述無機鹽混合物為KCl和Na₂CO₃。

所述預炭化產物在混合前進行研磨，所述無機鹽混合物是將無機鹽進行研磨混合。

步驟1)中所述保護性氛圍為氬氣或氮氣；所述預炭化溫度為300～600℃；預炭化的時間為1～3h；