【技术实现步骤摘要】
微爆炸法制备生物衍生多孔碳及其在超级电容器中的应用
本专利技术属于电化学储能器件领域,特别涉及一种采用微爆炸活化法调控海洋藻类衍生多孔碳纳米材料的形貌结构,以及在超级电容器方面的应用研究。
技术介绍
随着全球经济的快速发展和化石燃料的快速消耗,能源危机将不可避免。迫切需要寻求清洁可再生能源并且需要可持续的储能技术来有效利用能源。在各种能量转换和存储设备中,超级电容器的快速发展已经引起了工业界和学术界的广泛关注。超级电容器比常规电容器具有更多的优势,例如高功率密度,快速充电/放电,长循环寿命和低的维修成本,但是超级电容器的能量密度较低限制其商业应用。为了实现超级电容器的高能量存储,低成本的碳基电极材料以及其他吸引人的特性(如环境友好性和可扩展性)被认为是极好的候选材料。影响碳电极材料电容性能的主要因素有:可用于吸附/解吸离子的高比表面积,合适的孔结构以促进离子扩散和传输,适度的杂原子掺杂可提高电解质的润湿能力和电容性能,连续的整体结构会降低界面接触电阻并提高本征电导率,以及其他表面特性。目前常见的水性电解质(KOH,H2SO4等)严重限制了器件的电压窗口,进而限制了超级电容器的能量密度。离子液体电解质具有宽的电压窗口以及工作温度,离子液体电解质的使用将是获得高性能超级电容器的重要途径之一。因此,为了满足未来电子设备的需求,低成本,高能量密度的碳基超级电容器的发展,必须寻找一种与之匹配的新型碳电极材料。本专利技术基于海洋藻类卡拉胶作为前驱体,具有来源广泛,低成本,绿色环保可再生的优点。采用一种简单,低成本 ...
【技术保护点】
1.微爆炸法制备生物衍生多孔碳及其在超级电容器中的应用,其特征在于包含如下的步骤:(a) 海洋藻类前驱体的筛选:海洋是一个巨大的资源宝库,每年可产生大量的海洋藻类,包含红藻,绿藻,硅藻等,选择海洋藻类作为前驱体,其具有天然的生物结构特性,并且本身含有多种元素,通过借助扫描电镜以及元素分析确定其独特的形貌结构以及作为前驱体的元素组成(碳,氧,硫等); (b)多孔碳纳米材料的制备:将筛选出的海洋藻类作为前驱体,首先,进行粉碎处理,其次进行冷冻干燥,最后将其放入管式炉中,在氩气气氛保护下进行碳化,最后将所得的样品用去离子水冲洗,最后放入真空烘箱烘干;(c) 多孔碳纳米材料的调控:基于已制备的海洋藻类衍生的碳材料,其具有丰富的孔隙结构,为了使其具有更大的比表面积以及元素掺杂,必须对其实现更好的调控,通过在原有的实验基础上,加入爆炸活化剂,采用爆炸活化技术来实现,可以获得具有更大比表面积以及元素掺杂的分层多孔碳纳米材料; (d) 超级电容器的组装:将制备的多孔碳材料与乙炔黑和聚偏氟乙烯按照一定的比例混合,加入N-甲基吡咯烷酮研磨混合制备均匀浆料,并涂在碳布上,然后在真空烘箱中干燥,将负载有活性物 ...
【技术特征摘要】
1.微爆炸法制备生物衍生多孔碳及其在超级电容器中的应用,其特征在于包含如下的步骤:(a)海洋藻类前驱体的筛选:海洋是一个巨大的资源宝库,每年可产生大量的海洋藻类,包含红藻,绿藻,硅藻等,选择海洋藻类作为前驱体,其具有天然的生物结构特性,并且本身含有多种元素,通过借助扫描电镜以及元素分析确定其独特的形貌结构以及作为前驱体的元素组成(碳,氧,硫等);(b)多孔碳纳米材料的制备:将筛选出的海洋藻类作为前驱体,首先,进行粉碎处理,其次进行冷冻干燥,最后将其放入管式炉中,在氩气气氛保护下进行碳化,最后将所得的样品用去离子水冲洗,最后放入真空烘箱烘干;(c)多孔碳纳米材料的调控:基于已制备的海洋藻类衍生的碳材料,其具有丰富的孔隙结构,为了使其具有更大的比表面积以及元素掺杂,必须对其实现更好的调控,通过在原有的实验基础上,加入爆炸活化剂,采用爆炸活化技术来实现,可以获得具有更大比表面积以及元素掺杂的分层多孔碳纳米材料;(d)超级电容器的组装:将制备的多孔碳材料与乙炔黑和聚偏氟乙烯按照一定的比例混合,加入N-甲基吡咯烷酮研磨混合制备均匀浆料,并涂在碳布上,然后在真空烘箱中干燥,将负载有活性物质的碳布浸入离子液体中数小时,之后按照三明治的结构(活性材料//隔膜//活性材料)组装成对称的超级电容器。
2.根据权利要求1所述的多孔碳纳米材料的制备方法,其特征在于:在步骤a中,前驱体的选择可以为卡拉胶,它是从麒麟菜、石花菜、鹿角菜等红藻类海草中提炼出来,具...
【专利技术属性】
技术研发人员:柳伟,杜永旭,陈铭,
申请(专利权)人:中国海洋大学,
类型:发明
国别省市:山东;37
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