一种酒糟多孔碳/钴镍氢氧化物电极材料及其制备工艺制造技术

本发明专利技术提供一种酒糟多孔碳/钴镍氢氧化物电极材料及其制备工艺。该材料是以酒糟多孔碳作为基底，钴、镍元素以Co

【技术实现步骤摘要】
一种酒糟多孔碳/钴镍氢氧化物电极材料及其制备工艺


[0001]本专利技术涉及一种酒糟多孔碳/钴镍氢氧化物复合电极材料及其制备工艺，属于超级电容器材料


技术介绍

[0002]随着社会和科技的快速发展，新能源汽车和各种电子智能产品的广泛普及，人们对能源储存器件的需求的不断激增，解决储能/转换及其对境的影响已成为近年来最热门的话题。在这方面，需要新的和可持续的能源储存/转换技术，以满足迅速增长的全球能源需求。超级电容器应运而生，它具有功率密度大、循环寿命周期长、快速充放电、维护成本低等优点，被认为是一种具有广阔前景的能量转换装置。然而，能量密度低是超级电容器制约发展的短板，提高超级电容器能量密度的主要途径之一是提高电极材料的比电容。
[0003]以石墨烯为代表的碳材料，它独特的二维结构使其具有超高的理论比表面积、优异的导电性和稳定性。如Tiruneh等人《Enhanced electrochemical performance of lamellar structured CoNi(OH)2/reduced graphene oxide(rGO)via hydrothermal synthesis[J].RSC Advance,2016》制备的石墨烯/钴镍双金属氢氧化物复合材料，在2mV/s时比电容达到了617F/g，具有较高的比电容。此类技术主要是通过加入石墨烯来与金属混合后形成复合材料来提高其导电性和稳定性。但是该方法存在以下技术问题：(1)石墨烯本身极易团聚不容易分散成均匀溶液；(2)石墨烯价格昂贵，且制备石墨烯工艺复杂且会产生对环境有害的物质。
[0004]在过渡金属化合物这类超级电容器中，钴镍双金属氢氧化物因其本身拥有较好的电化学活性和具有较高的理论比容量而成为能源储存领域的有理竞争者，如中国专利201910315240.3公开了一种钴镍双金属氢氧化物纳米片的制备方法及其应用，制备的纯钴镍双金属氢氧化物材料，在1A/g电流密度下，比电容达到了1190F/g,性能较好。此类技术主要是通过在水热条件下引入适宜的沉淀剂来缓解钴镍氢氧化物分散不均匀易团聚的问题。但是该方法依然存在以下技术问题：(1)纯金属化合物电极材料本身就具有较差的导电性；(2)纯金属化合物电极材料稳定性较差，在大电流充放电以及循环过程中容易引起本身结构塌陷，造成材料间团聚，导致材料的性能迅速下降。
[0005]因此，基于上述原因，设计一种廉价多孔碳材料，并用过渡金属化合物材料与多孔碳材料进行复合，解决纯金属化合物电极材料导电性差、稳定性较差的问题，兼具较高的电容性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种用于超级电容器的一种酒糟多孔碳/钴镍氢氧化物电极材料及其制备工艺。
[0007]一种酒糟多孔碳/钴镍氢氧化物电极材料是通过制备碳化后的酒糟多孔碳作为基底材料，在与六水合硝酸钴、六水合硝酸镍、尿素以及聚乙烯吡咯烷酮进行水热反应后得到
钴镍双金属氢氧化物，钴、镍元素以Co-Ni-LDH形式负载在酒糟多孔碳的表面，最终得到酒糟多孔碳/钴镍氢氧化物电极材料，其具体制备方法包括如下步骤：
[0008](1)酒糟多孔碳的制备：将酒糟经烘干、研磨破碎后，再进行预碳化得到碳前驱体，预碳化温度为300-600℃，预碳化时间为0.5-4h，然后将碳前驱体和碱性无机物按质量比为1:(4-5)混合再研磨，将研磨粉末进行煅烧，煅烧温度为600-1000℃，煅烧时间为0.5-4h，再经洗涤、过滤、烘干、研磨，即可得到由酒糟制备的酒糟多孔碳；
[0009](2)酒糟多孔碳/钴镍氢氧化物电极材料：将步骤(1)所得酒糟多孔碳与六水合硝酸钴、六水合硝酸镍、尿素以及聚乙烯吡咯烷酮以质量比为0.3：(1-4)：(4-8):5:1加入烧杯中，再加入适量的去离子水，室温超声搅拌至完全溶解均匀，然后转移到反应釜中进行水热反应，水热反应温度为90-120℃，水热反应时间10-20h，最后经过抽滤、洗涤，然后于80℃下真空干燥，即可得到酒糟多孔碳/钴镍氢氧化物电极材料。
[0010]优先地，在步骤(1)中，所述预碳化温度为500℃，所述预碳化时间2h。
[0011]优先地，在步骤(1)中，所述碳前驱体和碱性无机物按质量比1:4混合。
[0012]优先地，在步骤(1)中，所述煅烧温度为700℃，煅烧时间为2h。
[0013]优先地，在步骤(1)中，所述碱性无机物为KOH或NaOH或者KOH、NaOH两者混合物。
[0014]优先地，在步骤(2)中，所述的酒糟多孔碳与六水合硝酸钴、六水合硝酸镍、尿素以及聚乙烯吡咯烷酮的质量比为0.3：4：8:5:1。
[0015]优先地，在步骤(2)中，所述水热反应温度为100℃，水热反应时间为12h。
[0016]本专利技术所制备的酒糟多孔碳/钴镍氢氧化物电极材料及其工艺具有以下优点：
[0017](1)将酒糟碳化活化后得到的是蜂窝状多孔碳，极易分散不会形成团聚，制备的复合材料稳定性好；
[0018](2)酒糟多孔碳是蜂窝状多孔碳，可以让金属盐有较多可结合的位点，形成较高复合程度；
[0019](3)用过渡金属化合物材料与多孔碳材料进行复合，制备的电极材料兼具较高的比容量、倍率性能以及较好的导电性；
[0020](4)采用基底碳材料来源为酒糟，原料来源广泛且价格便宜，因为我国是酿酒大国，每年产生上万吨的酒糟，它的处理已经成为酿酒企业亟待解决的现实问题，将其衍生的碳材料作为超级电容器材料不仅解决了环境问题，还实现了“变废为宝”。
附图说明
[0021]图1为实施例1中酒糟多孔碳的SEM的图；
[0022]图2为实施例1中酒糟多孔碳/钴镍氢氧化物复合材料SEM图；
[0023]图3为实施例1中酒糟多孔碳/钴镍氢氧化物复合材料SEM-mapping图；
[0024]图4为实施例1中酒糟多孔碳/钴镍氢氧化物复合材料XRD图；
[0025]图5为实施例1中酒糟多孔碳/钴镍氢氧化物复合材料在20m Vs-1
时的CV测试图；
[0026]图6为实施例1中酒糟多孔碳/钴镍氢氧化物复合材料在1Ag-1
时的GCD测试图；
[0027]图7为实施例2中酒糟多孔碳/钴镍氢氧化物复合材料在20mVs-1
时的CV测试图；
[0028]图8为实施例2中酒糟多孔碳/钴镍氢氧化物复合材料在1A g-1
时的GCD测试图；
[0029]图9为实施例3中酒糟多孔碳/钴镍氢氧化物复合材料在20mVs-1
时的CV测试图；
[0030]图10为实施例3中酒糟多孔碳/钴镍氢氧化物复合材料在1Ag-1
时的GCD测试图；
[0031]图11为对比例1中，不添加酒糟多孔碳基底材料的钴镍氢氧化物复合材料在20mVs-1
时的CV测试图；
[0032]图12为对比例1中，不添加酒糟多孔碳基底材料的钴镍氢氧化物复合材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种酒糟多孔碳/钴镍氢氧化物电极材料，其特征在于，以酒糟多孔碳作为基底，钴、镍元素以Co-Ni-LDH形式负载在酒糟多孔碳的表面，最终得到酒糟多孔碳/钴镍氢氧化物电极材料。2.根据权利要求1所述的一种酒糟多孔碳/钴镍氢氧化物电极材料，其特征在于，该材料的制备工艺包括如下步骤：(1)酒糟多孔碳的制备：将酒糟经烘干、研磨破碎后，再进行预碳化得到碳前驱体，预碳化温度为300-600℃，预碳化时间为0.5-4h，然后将碳前驱体和碱性无机物按质量比为1:(4-5)混合再研磨，将研磨粉末进行煅烧，煅烧温度为600-1000℃，煅烧时间为0.5-4h，再经洗涤、过滤、烘干、研磨，即可得到由酒糟制备的酒糟多孔碳；(2)酒糟多孔碳/钴镍氢氧化物电极材料：将步骤(1)所得酒糟多孔碳与六水合硝酸钴、六水合硝酸镍、尿素以及聚乙烯吡咯烷酮以质量比为0.3：(1-4)：(4-8):5:1加入烧杯中，再加入适量的去离子水，室温超声搅拌至完全溶解均匀，然后转移到反应釜中进行水热反应，水热反应温度为90-120℃，水热反应时间为10-20h，最后经过抽滤、洗涤，然后于80℃下真...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭洪亮，胡芳，杨永健，杨松涛，么蕾，徐芬，孙立贤，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：