一种结合法制备超级电容器碳电极材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种结合法制备超级电容器碳电极材料的方法，属于电容器材料制备领域。本方法使用废弃生物质为碳质前驱体，以有机锌盐转化产物为模板，两者相混合。使用惰性气体保护，在500℃下一次碳化后与固体活化剂混合，在800℃下进行二次高温活化。将所得碳材料制备成电极并进行电化学测试。本发明专利技术采用活化法与模板法相结合的方式。利用了模板法控制介孔的形成，减少了的活化法所产生的介孔坍塌产生现象，同时在活化剂的刻蚀作用下制造了更多微孔。保证了良好的电容特性。

【技术实现步骤摘要】
一种结合法制备超级电容器碳电极材料的方法
本方法涉及一种结合法制备超级电容器碳电极材料的方法，属于电容器材料制备领域。
技术介绍
能源的使用一直贯穿着人类生活生产活动的始终。寻求经济、高效，清洁的能源一直是至关重要的问题。然而在生态破坏和能源枯竭两大问题日益突出的今天，现有技术条件下，一次能源转化利用效率仍不高。并由此产生了极具可观的能源浪费，无疑是不利于问题的解决的。所以提高转化效率，寻求高效的储能装备成为具有探索价值的新方向。超级电容器，又称电化学电容器。是一种新型的电能储存装置。区别于普通电池和蓄电池，通过微米，纳米级的微观孔形成电容空间，并通过材料表面的电化学反应来达到更高的能量流。提升了数倍于传统电池的功率，以及充放电使用的次数。作为一种储电装置，超级电容器主要用途是作为电源而广泛使用。发挥了储电量大，材质轻等优点。因为本身的循环使用寿命的特点，主要应用领域覆盖了电动车，混合动力车，无人驾驶车等重要尖端科技领域，拥有巨大前景。电极材料而作为超级电容器的主要电容部分，具备更加优良电化学性质的材料的不断改进，也随之有着更大的开发价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种结合法制备超级电容器碳材料的方法，该方法利用生物废弃质提供碳源，使用氧化锌为硬模板的模板法与KOH为活化剂的活化法相结合的方式。制备出具有优良电化学性质的中孔碳材料的同时也对生物质废弃物有废物利用的特点。为实现本专利技术的目的，本专利技术包括如下技术方案：1)取废弃果皮切块，烘干使其所含果胶成分固定，备用。将备用的果皮块在去离子水中浸泡，磁力搅拌24h，使果胶溶出得到溶出液。2)过滤溶出液并加入0.5g葡萄糖酸锌固体颗粒，补充去离子水，继续搅拌24h。将搅所得混合物烘干，取其固体备用。3)将固体装入燃烧船，推入管式炉中，开启氮气通入管式炉中30分钟。开启管式炉，升温速率5℃/分，升温至500℃，碳化1h。降温冷却，降温速率与升温速率保持相同。降至室温后关闭氮气，取出样品。4)取出样品放置在研钵中，加入0.3g固态KOH，研磨混合。混合后，重新放入燃烧船中，开启氮气，以升温速率5℃/分，升温至800℃，活化1h。降温冷却，降温速率与升温速率保持相同。降至室温后关闭氮气，取出样品。5)加入盐酸，超声清洗后转入离心管中，于离心机中8000r/min速度下，在离心管中加入去离子水清洗3次后加入无水乙醇再清洗2次。刮取出碳材料烘干备用。6)取碳材料，乙炔黑，聚四氟乙烯质量比为8:1:1。在研钵中加入去离子水混合研磨。60℃烘干后，加入无水乙醇浸泡材料，刮取材料制成薄片用泡沫金属对折包裹，缠绕细镍丝，并在压片机上压制。剪去材料和金属未融合的部分。与甘汞电极作为参比电极，铂网为辅助电极，浸入电解液中使用电化学工作站进行测试。所述的泡沫金属为泡沫镍。所述的结合法制备超级电容器碳材料的方法，所述步骤1)中所述果皮为柑橘皮，柠檬皮、西柚果皮的任意一种即可。所述的结合法制备超级电容器碳材料的方法，所述步骤1)中所述烘干温度为90℃。本专利技术应用于超级电容器的电极材料，作为一种电极材料的新型制备方法，具有如下改进和创新：1)使用废弃生物质作为碳源，节能环保可再生,废物利用。2)利用有机锌盐在高温下生成的ZnO为硬模板，与生物质碳源有更高的结合度。3)采用模板法与活化法相结合的制备方法，增加中孔含量。4)在模板形成介孔基础上，通过刻蚀作用，形成更多微孔。电化学性能优于单一模板法和活化法。本专利技术采用了传统活化法与模板法相结合的方式，克服了单一活化法造成的中孔坍塌，以及单一模板法在微孔制造上的乏力不足。本方法碳源采用生物废弃质提供碳源，不仅利用了生物质本身疏松多孔的独有性质，并对生物废弃质进行了再利用和资源化。提供了一种新方法制备电极材料，减少了成本，并且电极表现出了较好的电化学性质，操作易于实现，具有一定的应用价值和经济优势。附图说明图1是多孔碳电极材料SEM图图2是多孔碳电极材料循环伏安测试曲线图3是多孔碳电极材料恒流充放电测试曲线具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1一、制备方法1)取废弃西柚皮在烘箱中90℃烘干至恒重。取烘干后的果皮25g，置于500ml烧杯中，加入150ml去离子水和磁搅拌子，覆盖保鲜膜，中速搅拌24h。2)取出不溶物，用镊子挤压出果皮吸收的水分于原烧杯。补充去离子水至150ml。加入0.5g无水葡萄糖酸锌颗粒，覆盖保鲜膜，中速搅拌24h。将混合物移入培养皿中，在烘箱中100℃烘干。3)烘干后刮起固态物，称量后，将固体装入燃烧船铺平，推入管式炉中心处，开启氮气通入管式炉中30min。加盖炉塞，及管口盖。开启管式炉，升温速率5℃/min，升温至500℃，碳化1h。降温冷却，降温速率与升温速率保持相同。降至室温后关闭氮气，取出样品。4)将焙烧样品刮起置于研钵中，称取0.3gKOH，混合研磨后，重新放入燃烧船中，开启管式炉，升温速率5℃/min，升温至800℃，活化1h。降温冷却，降温速率与升温速率保持相同。降至室温后关闭氮气，取出样品。5)将样品置于高型称量瓶中加入稀盐酸中和KOH后超声清洗20min。转入离心管中加去离子水至30ml，平衡重量于离心机中8000r/min速度下离心清洗3min。除去上清液，加入30ml去离子水。再次超声洗样20min,反复清洗三次。加入无水乙醇离心清洗2次，样品置于称量瓶中，120℃下烘干。记录质量，保存备用。6)取碳材料0.016g，乙炔黑0.002g，2.5％聚四氟乙烯0.08g。在研钵中加入去离子水混合研磨。60℃烘干后，加入去无水乙醇溶出材料，制成薄片用泡沫金属对折包裹，缠绕细镍丝，并在压片机上压制。剪去材料和金属未融合的部分。与甘汞电极作为参比电极，铂网为辅助电极，浸入稀硫酸电解液中24h。二、测试与扫描结果使用SEM电镜扫描所得碳材料并利用电化学工作站进行测试。1)SEM电镜下扫描碳材料微观结构如图1所示，材料呈多孔结构，其直径在2-3微米之间，展示出良好的中孔结构，利于电荷的储存和转移。材料呈不规则的球形聚合体，球形的材料堆叠形成了更多的微孔结构。2)循环伏安测试如图2对所示，电极分别以10mV、20mV、50mV、100mV、200mV的速率扫描电极，扫描5个周期。再电极两端锁甲的电压扫描速率越大，电极的曲线图面积越大。当扫描速率较小时，曲线形状越趋近于矩形，具有良好的电容行为。并且出先较小的氧化还原峰，产生了极少量的法拉第电容。3)恒流充放电测试如图3所示，对组装好的电极进行恒定电流条件下充放电测试，通过电极电位随着时间变化特征来研究电极材料的电荷转移的比电容大小等化学性质。恒定的充放电的电流密度大小分别为：1A/g和2A/g。材料的恒流充放电曲线为三角对称分布，表明材料具有良好的库伦效应。在充放电曲线中，电位与时间基本成线性关系，表现出材料具有较理想的电容特性。曲线呈对称三角形，并且电压随着充放电时间呈基本呈线性变化，没有出现明显的过渡区，说明碳材料在电解液中的电容主要来自于双电层电容。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结合法制备超级电容器碳材料的方法，其特征在于以下步骤：1)取废弃果皮切块，烘干使其所含果胶成分固定，备用；将备用的果皮块在去离子水中浸泡，磁力搅拌24h，使果皮中的果胶溶出，得溶出液；2)过滤溶出液并加入0.5g葡萄糖酸锌固体颗粒，补充去离子水，继续搅拌24h，将搅拌所得混合物烘干，取其固体备用；3)将固体装入燃烧船，推入管式炉中，开启氮气通入管式炉中30min，开启管式炉，升温速率5℃/min，升温至500℃，碳化1h，降温冷却，降温速率与升温速率保持相同，降至室温后关闭氮气，取出样品；4)取出样品放置在研钵中，加入0.3g固态KOH，研磨混合，混合后，重新放入燃烧船中，开启氮气，以升温速率5℃/min，升温至800℃，活化1h，降温冷却，降温速率与升温速率保持相同，降至室温后关闭氮气，取出样品；5)加入盐酸，超声清洗后；将样品转入离心管中，加去离子水至35ml,于离心机中在8000r/min速度下，在离心管中清洗3次后，加入无水乙醇清洗2次，刮取出碳材料烘干备用；6)取所制备的碳材料制成电极进行电化学测试。

【技术特征摘要】
1.一种结合法制备超级电容器碳材料的方法，其特征在于以下步骤：1)取废弃果皮切块，烘干使其所含果胶成分固定，备用；将备用的果皮块在去离子水中浸泡，磁力搅拌24h，使果皮中的果胶溶出，得溶出液；2)过滤溶出液并加入0.5g葡萄糖酸锌固体颗粒，补充去离子水，继续搅拌24h，将搅拌所得混合物烘干，取其固体备用；3)将固体装入燃烧船，推入管式炉中，开启氮气通入管式炉中30min，开启管式炉，升温速率5℃/min，升温至500℃，碳化1h，降温冷却，降温速率与升温速率保持相同，降至室温后关闭氮气，取出样品；4)取出样品放置在研钵中，加入0.3g固态KOH，研磨混合，混合后，重新放入燃烧船中，开启氮气，以升温速率5℃/min，升温至800℃，活化1h，降温冷却，降温速率与升温速率保持相同，降至室温后关闭氮气，取出样品；5)加入盐酸，超声清洗后；将样品转入离心管中，加去离子水至35ml,于离心机中在8000r/min速度下，在离心管中清洗3次后，加入无水乙醇清洗2次，刮取...

【专利技术属性】
技术研发人员：包红旭，杨雨萌，刘海军，张欣，苏弘治，张馨月，张浩，杨华，黄颖芝，吕志忠，李良玉，刘唯玉，陈阳，隋然，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21