一种利用葡萄制备超级电容器电极材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用葡萄制备超级电容器电极材料的方法，以葡萄作为碳材料前驱体，通过添加不同的改性剂，采用低温预碳化和高温碳化活化相结合的方式，快速制备出具有三维多级孔结构和类石墨烯结构的电极材料，并通过三维网状结构和类石墨烯结构，增强其循环性能，实现不同的电容器比容量。本发明专利技术以生活中常见的生物质葡萄为原料，其来源丰富，价格低廉，制备方法具有操作简单、可重复性强，对环境无污染，符合可持续发展和环境保护的需求，可有效降低制备电极材料的成本；制备的生物质葡萄基电极材料，具有较高的比电容和良好的循环稳定性，是一种较为理想的超级电容器电极材料，具有广阔的发展前景。

A Method of Preparing Electrode Material for Supercapacitor by Grape

【技术实现步骤摘要】
一种利用葡萄制备超级电容器电极材料的方法
本专利技术涉及一种超级电容器电极材料的方法，具体涉及一种利用葡萄制备超级电容器电极材料的方法，属于电化学和新能源材料

技术介绍
近年来，随着经济的飞速发展，能源紧缺的问题日益突出，高性能储能设备对发展生态友好型可再生能源具有重要意义。超级电容器是一种新型的能量存储装置，因其具有充放电速度快、能量密度高、比功率高、循环寿命长等优点，可广泛应用于储能器件。超级电容器被分为双电层型超级电容器和赝电容型超级电容器，双电层型超级电容器是基于静电荷在惰性电极表面扩散和积累形成的双电层，而赝电容型超级电容器则是基于活性材料表面发生可逆的法拉第反应。目前，各种碳材料可用于超级电容器电极，其中主要包括多孔碳、石墨烯、活性炭和碳纳米管等。多孔碳具有大比表面积、可调整的孔隙结构、低成本和稳定的化学特性等优点，是能够成为超级电容器电极材料的必要条件。其中多孔碳电极依靠双电层储存能量，层状类石墨烯结构同样可以快速的存储电荷，因此，大比表面积和离子快速迁移的碳材料是高效储能的必要结构。超级电容器电极材料的制备是将含有活性物质的碳材料与导电剂及粘结剂等混合制成酱料，然后涂抹压制成型；但，目前商用活性炭制备工艺成本过高，且产品形貌一般多为三维结构，并不能完全可控。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种利用葡萄快速制备具有三维多级孔结构或类石墨烯结构的超级电容器的电极材料的制备方法。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种利用葡萄制备超级电容器电极材料的方法，包括以下步骤：S1、将葡萄清洗干净后，烘干；S2、将烘干后的葡萄与活化剂按一定比例混合均匀后，放置在马弗炉中预碳化，制得葡萄基生物质碳；S3、将葡萄基生物质碳磨成粉末后，过筛，制得葡萄基生物质碳粉末；S4、以氮气为保护气，将葡萄基生物质碳粉末放置在管式炉中碳化活化，冷却后，制得葡萄基生物质碳材料。S5、将葡萄基生物质碳材料洗涤至中性，干燥后，制得超级电容器电极材料。上述步骤S4中的葡萄基生物质碳材料，具有三维多级孔结构和类石墨烯结构。上述步骤S1中的清洗液包括乙醇和去离子水，烘干温度为80-105℃，烘干时间为12-24h。上述步骤S2中的预碳化，为以2-5℃/min的升温速率升温至150-300℃，炭化1-3h；优选的，预碳化温度为300℃。上述步骤S3中的筛为50-400目。上述步骤S4中的碳化活化，为以2-10℃/min的升温速率升温至600-1000℃，碳化活化1-4h；优选的，碳化活化温度为700-900℃。上述步骤S5中的洗涤液为去离子水，干燥环境为真空，干燥温度为60℃，干燥时间为12-24h。上述步骤S2中葡萄与活化剂按的质量比为1:1-1:5，优选的，质量比为1:2。上述步骤S2中的活化剂包括酸类活化剂、碱类活化剂；酸类活化剂包括H2SO4、H3PO4、HCl、HNO3、AlCl3、NH4Cl、ZnCl2；碱类活化剂包括NaOH、KOH、Ca(OH)2。本专利技术的有益之处在于：本专利技术的一种利用葡萄制备超级电容器电极材料的方法，以葡萄作为碳材料前驱体，通过添加不同的改性剂，采用低温预碳化和高温碳化活化相结合的方式，快速制备出具有三维多级孔结构或类石墨烯结构的电极材料，并通过三维网状结构、类石墨烯结构，增强其循环性能，实现不同的电容器比容量。本专利技术以生活中常见的生物质葡萄为原料，其来源丰富，价格低廉，制备方法具有操作简单、可重复性强，对环境无污染，符合可持续发展和环境保护的需求，可有效降低制备电极材料的成本；制备的生物质葡萄基电极材料，具有较高的比电容和良好的循环稳定性，是一种较为理想的超级电容器电极材料，具有广阔的发展前景。附图说明图1为本专利技术的实施例1、2制备的超级电容器电极材料的透射电镜(TEM)照片(图a为KOH-800，图b为H3PO4-800)。图2为本专利技术的实施例1、2制备的超级电容器电极材料的N2吸附和孔径分布曲线图。图3为本专利技术的实施例1、2制备的超级电容器电极材料的循环伏安曲线图(图a为KOH-800，图b为H3PO4-800)。图4为本专利技术的实施例1、2制备的超级电容器电极材料的阻抗曲线图(图a为KOH-800，图b为H3PO4-800)。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作具体的介绍。本专利技术所使用的试剂和仪器，见下表1和2：表1主要试剂表2主要仪器实施例1一种利用葡萄制备超级电容器电极材料的方法，包括以下步骤：S1、将葡萄分别用乙醇和去离子水清洗后，在95℃下烘干12h；S2、将烘干后的葡萄与KOH按1:2的质量比混合，添加100mL去离子水，在25℃下磁力搅拌3h，溶液混合均匀后，置于坩埚中，并放置在马弗炉中预碳化，以5℃/min的升温速率升温至200℃，再以2℃/min的升温速率升温至300℃，炭化1h，制得葡萄基生物质碳；S3、将葡萄基生物质碳磨成粉末后，用400目的不锈钢筛过筛，制得葡萄基生物质碳粉末；S4、将3中葡萄基生物质碳粉末放置在管式炉中，N2为保护气，以5℃/min的升温速率升温400℃，保温1h，；再以2℃/min的升温速率升温800℃，碳化活化2h；自然冷却，制得葡萄基生物质碳材料。S5、将葡萄基生物质碳材料用去离子水抽滤洗至中性，于60℃真空干燥后，制得超级电容器电极材料，标记为KOH-800。实施例2一种利用葡萄制备超级电容器电极材料的方法，包括以下步骤：S1、将葡萄分别用乙醇和去离子水清洗后，在95℃下烘干12h；S2、将烘干后的葡萄与H3PO4按8g:40mL，添加100mL去离子水，在25℃下磁力搅拌3h，溶液混合均匀后，置于坩埚中，并放置在马弗炉中预碳化，以5℃/min的升温速率升温至200℃，再以2℃/min的升温速率升温至300℃，炭化1h，制得葡萄基生物质碳；S3、将葡萄基生物质碳磨成粉末后，用400目的不锈钢筛过筛，制得葡萄基生物质碳粉末；S4、将3中葡萄基生物质碳粉末放置在管式炉中，N2为保护气，以5℃/min的升温速率升温400℃，保温1h，；再以2℃/min的升温速率升温800℃，碳化活化2h；自然冷却，制得葡萄基生物质碳材料。S5、将葡萄基生物质碳材料用去离子水抽滤洗至中性，于60℃真空干燥后，制得超级电容器电极材料，标记为H3PO4-800。如图1所示，为实施例1、2制备的超级电容器电极材料的透射电镜(TEM)照片；可见，图a中于800℃下制备的KOH-800，具有三维多级孔结构(a)，图b中于800℃下制备的H3PO4-800，具有类石墨烯结构。如图2所示，为实施例1、2制备的超级电容器电极材料的N2吸附和孔径分布曲线图；可见，于800℃下制备的KOH-800、H3PO4-800，其三维多级孔结构和类石墨烯结构，都具有较高的比表面积和较大的孔体积。如图3所示，为实施例1、2制备的超级电容器电极材料的循环伏安曲线图(图a为KOH-800，图b为H3PO4-800)；可见，于800℃下制备的KOH-800、H3PO4-800，其三维多级孔结构和类石墨烯结构，在不同的电流密度下，尤其是在10A/g下，都具有较高的比容量。如图4所示，为实施例1、2制备的超级电容器电极材料的阻抗曲线图(图a为KOH-8本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用葡萄制备超级电容器电极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将葡萄清洗干净后，烘干；S2、将烘干后的葡萄与活化剂按一定比例混合均匀后，放置在马弗炉中预碳化，制得葡萄基生物质碳；S3、将葡萄基生物质碳磨成粉末后，过筛，制得葡萄基生物质碳粉末；S4、以氮气为保护气，将葡萄基生物质碳粉末放置在管式炉中碳化活化，冷却后，制得葡萄基生物质碳材料。S5、将葡萄基生物质碳材料洗涤至中性，干燥后，制得超级电容器电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种利用葡萄制备超级电容器电极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将葡萄清洗干净后，烘干；S2、将烘干后的葡萄与活化剂按一定比例混合均匀后，放置在马弗炉中预碳化，制得葡萄基生物质碳；S3、将葡萄基生物质碳磨成粉末后，过筛，制得葡萄基生物质碳粉末；S4、以氮气为保护气，将葡萄基生物质碳粉末放置在管式炉中碳化活化，冷却后，制得葡萄基生物质碳材料。S5、将葡萄基生物质碳材料洗涤至中性，干燥后，制得超级电容器电极材料。2.根据权利要求1所述的一种利用葡萄制备超级电容器电极材料的方法，其特征在于，所述步骤S4中的葡萄基生物质碳材料，具有三维多级孔结构和类石墨烯结构。3.根据权利要求1所述的一种利用葡萄制备超级电容器电极材料的方法，其特征在于，所述步骤S1中的清洗液包括乙醇和去离子水，烘干温度为80-105℃，烘干时间为12-24h。4.根据权利要求1所述的一种利用葡萄制备超级电容器电极材料的方法，其特征在于，所述步骤S2中的预碳化，为以2-5℃/min的升温速率升温至150-3...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋少华，王峰，王军锋，何晨，玮嘉，段改改，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32