[發明專利]一種羅漢果殼基生物質多孔碳及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210568763.0
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN114715890A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 褚海亮;崔元映;華賢浩;游云夢;伍桂明;邱樹君;徐芬;孫立賢
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: C01B32/348
• 分類號: C01B32/348;C01B32/324;H01G11/34;H01G11/44;H01G11/24
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 楊雪梅

本發明公開了羅漢果殼基生物質多孔碳，以羅漢果殼為原料，經過預碳化及活化處理，得到具有微觀形貌為蜂窩狀結構的羅漢果殼基生物質多孔碳材料；吡咯N的含量為30?32%；I_D/I_G值范圍為1.07?1.08，比表面積范圍為3900?4000 m²·g^?1，孔徑分布范圍為1.8?2.0 nm。其制備方法包括以下步驟：1、羅漢果殼基前驅體的預碳化；2、羅漢果殼基生物質多孔碳的制備。作為超級電容器的應用，在0.5 A·g^?1的電流密度下，比電容值范圍在350?370 F·g^?1；在經過10000次循環后，比電容保持率為95?97%。作為對稱超級電容器的應用，在功率密度為240?260 W·kg^?1時，最大能量密度可達21?22 Wh·kg^?1；在能量密度為15?16 Wh·kg^?1時，最大功率密度可達5000?5100 W·kg^?1。

技術領域

本發明涉及電化學儲能領域，具體涉及一種果殼基超級電容器（SCs）多孔碳材料及其制備方法和性能測試。

背景技術

自本世紀以來，各種各樣的電子產品層出不窮，電子元件產出量日益升高，以往的蓄能器件，電能儲存釋放速度慢，并且會對環境造成負面影響。所以市場急需一種高能量高功率密度的儲能材料以滿足高速發展的經濟社會的需求。而超級電容器正是應運而生的新型儲能設備之一。由于超級電容器的主要性能是由電極材料決定，所以尋找既廉價又高效的電極材料具有應用價值和研究前景。

目前，超級電容器采用的電極材料有三大類：碳基材料、金屬氧化物和導電聚合物。碳基材料中的多孔碳材料是當前應用最廣泛的一類電極材料，由于其具有良好的物理化學性能，如比表面積大、孔隙結構可控、化學性質穩定、高導熱、高電導率和原料豐富等特點。為了按照綠色低碳的發展方向，對標實現碳達峰、碳中和目標，生物質原料以其天然綠色、來源廣泛且具有獨特的形貌及碳質結構等特征成為制備碳基材料的研究對象得到了廣泛的關注。

采用生物質制備碳材料進而應用于超級電容器，已有相當多的研究，如本發明課題組前期工作，現有文獻1（徐芬, 徐超超, 孫立賢等.一種柚子果肉皮基多孔碳材料的制備方法和應用[P]. 中國專利：CN108584947A, 2018. 9. 28.），徐芬等人以柚子果肉皮制備碳前驅體，經堿性無機物處理，再經煅燒制備成柚子果肉皮制備的多孔碳材料。通過測試發現其比表面積1529 m²·g ^-1，平均孔徑為1.84 nm。將其作為超級電容器電極材料的應用時，當電流密度為0.5 A·g ^-1時，比電容值為在315 F·g ^-1。在20 A·g ^-1大電流密度時，比電容值達210 F·g ^-1，在10000次循環后比電容保持率為93 %。但是，該類技術普遍存在的技術問題是多孔碳的比表面積不高，進而影響超級電容器的性能。

為了解決上述問題，本發明課題組結合石墨烯和摻氮技術相關知識，利用石墨烯的高比表面特性，通過篩選原料和控制制備工藝，實現以生物質為原料，制備富含石墨烯結構的碳材料。