[發明專利]一種鋅離子混合電容器用氮磷硫共摻雜生物質基多孔碳的制備方法

在審

• 申請號: 202210415247.4
• 申請日: 2022-04-20
• 公開（公告）號: CN114664570A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 魏風;曾洋森
• 申請（專利權）人: 滁州學院
• 主分類號: H01G11/34
• 分類號: H01G11/34;H01G11/26;H01G11/86
• 代理公司: 蕪湖思誠知識產權代理有限公司 34138
• 代理人: 宦曉軍

本發明公開了一種鋅離子混合電容器用氮磷硫共摻雜生物質基多孔碳的制備方法，屬于炭材料制備與儲能技術領域。該方法以生物質山楂為碳源，苯磷硫胺二鉀鹽為氮源、磷源、硫源和活化劑，具體步驟如下：S1：苯磷硫胺二鉀鹽的制備：先將苯磷硫胺與KOH在溶液狀態下反應得到苯磷硫胺二鉀鹽；S2：反應物的預處理：將山楂洗凈，去籽，干燥，稱重，然后加入到S1步驟得到的苯磷硫胺二鉀鹽溶液中，封閉加熱攪拌至山楂粉碎，隨后加熱蒸發去除水使山楂變成膠黏狀，得到反應物；S3：氮磷硫共摻雜生物質基多孔碳的制備：將S2步驟得到的反應物轉移至磁舟中，經碳化、活化過程得到氮磷硫共摻雜生物質基多孔碳。

技術領域

本發明涉及炭材料制備與儲能技術領域，特別涉及一種鋅離子混合電容器用氮磷硫共摻雜生物質基多孔碳的制備方法。

背景技術

超級電容器具有快的充電速率、長的循環壽命、優異的穩定性，已經被廣泛地應用與軍工、交通和電子行業。然而，低的能量密度限制了進一步擴展其應用領域。為了克服這一瓶頸，研究者們寄希望于將電池高能量密度的優點與超級電容器相結合，開發出一種新的儲能系統。鋅離子電池已經被市場證明具有好的安全性能、高的能量密度，因此結合兩者的優勢開發一種新的儲能裝置具有重要的意義。作為最有應用前景的混合儲能裝置之一-鋅離子混合電容器由正極材料、隔膜、電解液和鋅箔負極組成，正極材料包括碳材料、金屬材料及其復合物。碳材料作為廉價材料的代表之一，具有高的表面積、好的電導率和優異的化學穩定性。因此，如何簡單快速低排放的制備碳電極材料顯得尤為重要。

雜原子摻雜是提高碳正極材料電化學性能的有效途徑之一。例如，Lu等通過插層法制備了B/N共摻雜多孔碳，組裝成鋅離子混合電容器時，在0.5A/g電流密度下，其比容為127.7mAh/g，能量密度為97.6Wh/kg(Nano Energy,2019,66,104132)。制備碳材料的原料很多，如生物質、煤化工副產物、金屬有機化合物等，韓生等(202010431922.3)以山楂為碳源、KOH為活化劑，制備了多孔碳，上述方法雖然獲得了活性炭，但活化劑堿性較強，后處理較麻煩。鑒于此，本發明以廉價的生物質山楂為碳源，苯磷硫胺二鉀鹽為氮源、磷源、硫源和活化劑，經碳化、熱解得到氮磷硫共摻雜多孔碳，作為鋅離子混合電容器正極材料時，顯示了高的比容和能量密度以及優異的循環性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題：提供了一種以苯磷硫胺二鉀鹽為氮源、磷源、硫源和活化劑，廉價的山楂為碳源，經過碳化、活化，利用自摻雜法制備鋅離子混合電容器用氮磷硫共摻雜生物質基多孔碳的方法。

為解決上述技術問題，本發明提供以下的技術方案：

一種鋅離子混合電容器用氮磷硫共摻雜生物質基多孔碳的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：

(1)苯磷硫胺二鉀鹽的制備：先將苯磷硫胺與KOH在溶液狀態下于室溫下反應6h，經過濾、低溫干燥得到苯磷硫胺二鉀鹽；

(2)反應物的預處理：先將新鮮的山楂洗凈，干燥，然后稱取干燥的山楂加入到苯磷硫胺鉀鹽溶液中，封閉加熱攪拌至山楂粉碎，隨后加熱蒸發水使山楂變成膠黏狀，得到反應物；

(3)氮磷硫共摻雜生物質基多孔碳的制備：把步驟(1)得到的反應物放入磁舟中，然后將上述磁舟置于管式爐的中心，以2℃/min的升溫速率從室溫加熱至1000℃，保持一段時間后冷卻至室溫后，將產物取出、研磨、攪拌，經洗滌、干燥、研磨、過篩后得到氮磷硫共摻雜生物質基多孔碳；

優選地，苯磷硫胺與KOH物質的量的比為1:2。

優選地，所述山楂質量占山楂、苯磷硫胺二鉀鹽混合物總質量的1/9-1/5，山楂與苯磷硫胺二鉀鹽的質量比為1/4-1/8。

優選地，在步驟(1)中，所述山楂的質量為3g，苯磷硫胺二鉀鹽的質量為18g。

本發明獲得的有益效果：