一种基于山茶果皮制备超级电容器电极材料的方法技术

一种基于山茶果皮制备超级电容器电极材料的方法，包括以下步骤：S1.将山茶果皮洗涤、干燥、粉碎，得到山茶果皮块体；S2.将山茶果皮块体在目标温度和惰性气氛下进行碳化得到高温碳化材料；S3.将碳化材料与碱性活化剂按预定质量比在乙醇

【技术实现步骤摘要】
一种基于山茶果皮制备超级电容器电极材料的方法


[0001]本专利技术属于电极材料制备
，具体涉及一种基于山茶果皮制备超级电容器电极材料的方法。

技术介绍

[0002][0003][0004]超级电容器，是一种综合了锂电池和传统电容器优点的新型储能装置，循环寿命长。杂原子掺杂会引起材料赝电容的增加，提高材料的电容性能。许多生物质本身也含有丰富的杂元素，可以直接制备杂原子掺杂多孔碳材料，成为该领域新的研究热点，多孔生物质碳材料因具有良好的电容性能和循环性能，受到了越来越多的关注，具有极大的研究价值。
[0005]为了解决果皮废弃物造成极大的环境污染和资源浪费的问题，现有技术中已有许多用果皮制作超级电容器电极材料的报道，既能够解决上述问题，还能够解决超级电容器的电容性能低、制作成本高的问题，如专利申请号为 CN202010056398.6公开了 一种基于桔类果皮生物质炭超级电容器电极材料的制备方法，其包括如下步骤：（1）前处理；（2）炭化；（3）活化：取步骤（2）中的炭粉，将其和KOH在水中混匀，超声1h后，在烘箱内烘制干燥，然后将其离心，得到沉淀，将沉淀一次烘干后，再将其放置于升温至600
‑
900℃的管式炉中保温并二次烘干活化；（4）提纯，烘干得到电极材料。
[0006]上述制备方法虽然能够有效利用桔类果皮，但其制备的电极材料的比电容均低于240F/g，采用该方法制备的比电容低，无法满足高比电容的需求；此外，该电极材料是采用的桔类果皮，而非山茶果皮，其无法解决山茶果皮废弃物带来的资源浪费和环境污染的问题。
[0007]因此，如何利用山茶果皮废弃物为原料来制备超级电容器的电极材料，以解决现有碳基电极材料价格昂贵、比电容低、导电性差等不足是本专利技术亟需解决的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种基于山茶果皮制备超级电容器电极材料的方法，以解决现有碳基电极材料价格昂贵、比电容低、导电性差等问题。
[0009]本专利技术的技术方案为：一种基于山茶果皮制备超级电容器电极材料的方法，包括以下步骤：S1.将山茶果皮洗涤、干燥、粉碎，得到山茶果皮块体；S2.将山茶果皮块体在目标温度和惰性气氛下进行碳化得到高温碳化材料；S3.将高温碳化材料与碱性活化剂按预定质量比在乙醇
‑
水混合溶剂中混合均匀，然后干燥；S4.将上述干燥后的样品在惰性气氛下进行煅烧；S5.煅烧后的样品在酸性溶液中浸泡并用蒸馏水洗涤至中性，之后干燥得到山茶
h，会使降低炭材料中杂原子的含量。
[0015]进一步，所述步骤S2和S4中使用的惰性气氛为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气气氛中的任意一种。。
[0016]进一步，所述步骤S3中碱性活性剂为KOH、NaOH、Ca(OH)2中的任意一种。
[0017]进一步，所述步骤S3中碳化材料与活化剂的质量比为0.5~5：1，随着活化剂比例的增加，炭材料的比表面积先增加后逐渐不变，但过多活化剂的加入会导致后续干燥及清洗过程困难，并且极度污染环境；混合溶剂中乙醇和水的体积比为0.1~10：1，由于乙醇的沸点低于水，当混合溶剂中乙醇的占比越多时，后续挥发干燥的时间就越短，进而可提高制备效率。
[0018]进一步，所述步骤S4中煅烧温度为900~1000℃，煅烧时间为0.5~8 h。煅烧温度<900℃或煅烧时间<0.5 h，会导致活化不充分，使得炭材料的比表面积及石墨化程度下降；煅烧温度>1000℃或煅烧时间>8 h，会导致炭材料中孔道结构坍塌，反而降低炭材料的比表面积。
[0019]优选地，所述煅烧温度为950℃。
[0020]进一步，所述步骤S5中，酸溶液为H2SO4、H3PO4、HCl、HNO3中的任意一种。
[0021]进一步，所述步骤S5中，酸溶液的浓度为0.1~3 M；材料浸泡时间为5~100 min。酸性溶液的浓度过高会使反应过于剧烈，浓度过高或浸泡时间过长还会破坏生物质炭材料骨架结构，降低其比表面积。酸性溶液浓度过低或浸泡时间过短会导致炭材料清洗不充分，残留碱性金属离子。
[0022]进一步，所述步骤S1、S3和S5中，干燥温度为50
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80 ℃，干燥时间为12
‑
36h。
[0023]进一步，步骤S6中，所述导电剂为乙炔黑，所述粘接剂为聚四氟乙烯乳液，所述山茶果皮基生物炭材料与乙炔黑、聚四氟乙烯乳液的混合比为8：1：1。
[0024]进一步，所述山茶果皮基生物质炭材料的孔径为0.1 nm
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10nm。
[0025]本专利技术一种基于山茶果皮制备超级电容器电极材料的方法的有益效果为：（1）本专利技术的电极材料以山茶油生产过程中产生的废弃物山茶果皮为原料，该原料来源丰富，组成及结构稳定，价格低廉，变废为宝，通过工艺简单、可重复性强的方法制备得到多孔生物炭电极材料，不仅能够降低电极材料的制备成本，避免了山茶果皮用作燃料或简单焚烧掉对环境的污染，有效提高山茶果皮的资源利用率；且采用山茶果皮为原料制备的超级电容器电极材料具有比电容量高、导电性和循环稳定性好的优点，具有极大的应用价值；（2）本专利技术的制备工艺简单，依次采用原料处理、碳化、碱活化、干燥、煅烧、酸浸等步骤，通过各个步骤之间相互协同，使制备的山茶果皮基生物质炭材料具有更多的微孔或介孔结构，孔径分布在0.1nm
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10nm，且主要分布在2 nm以下，这些微孔有助于电解质离子的渗透和传递，使进一步采用该山茶果皮基生物质炭材料制备的电极材料的比电容高达360F/g，有效提高了超级电容器电极材料的电容性能，实现了材料低廉、高比电容、高导电性的超级电容器电极材料的制备。
附图说明
[0026]图1为实施例1中制备得到的山茶果皮基生物质炭材料的扫描电镜图；
图2为实施例1中制备得到的山茶果皮基生物质炭材料的孔径分布图；图3为本专利技术实施例1中制备得到的山茶果皮基生物质炭材料的氮气吸脱附曲线图；图4为实施例1制备得到的山茶果皮基超级电容器电极材料在不同扫速下的循环伏安曲线；图5为实施例1制备得到的山茶果皮基超级电容器电极材料在不同电流密度下的充放电曲线；图6为不同煅烧温度下得到的山茶果皮基超级电容器电极材料的比表面积图。
[0027]具体实施实例以下对本专利技术的具体实施方式进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0028]实施例1一种基于山茶果皮制备超级电容器电极材料的方法，包括以下步骤：1）将10 g清洗干燥后的山茶果皮洗涤、干燥、粉碎，得到尺寸为1cm的山茶果皮块体；2）将山茶果皮块体在氩气气氛下加热升温至500℃进行碳化后保持2h，温度降至室温后，将得到的高温碳化材料研磨成粉末，备用；3）取1g粉末状的高温碳化材料与2g KOH（质量比为1:2）于10 ml的乙醇
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水混合溶剂（体积比为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于山茶果皮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.将山茶果皮洗涤、干燥、粉碎，得到山茶果皮块体；S2.将山茶果皮块体在目标温度和惰性气氛下进行碳化得到高温碳化材料；S3.将高温碳化材料与碱性活化剂按预定质量比在乙醇
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水混合溶剂中混合均匀，然后干燥；S4.将上述干燥后的样品在惰性气氛下进行煅烧；S5.煅烧后的样品在酸性溶液中浸泡并用蒸馏水洗涤至中性，之后干燥得到山茶果皮基生物质炭材料；S6.将山茶果皮基生物炭材料与导电剂、粘接剂混合均匀，干燥、压片后得到山茶果皮基超级电容器电极材料。2.根据权利要求1所述一种基于山茶果皮制备超级电容器电极材料的方法，其特征在于，步骤S1中，所述山茶果皮块体的尺寸为0.01~2 cm。3.根据权利要求1所述一种基于山茶果皮制备超级电容器电极材料的方法，其特征在于，步骤S2中，所述山茶果皮块体的碳化温度为500~700℃，碳化时间为2~8 h。4.根据权利要求1所述一种基于山茶果皮制备超级电容器电极材料的方法，其特征在于，步骤S2和步骤S4中，惰性气氛为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气中的任意一种。5.根据权利要求1所述一种基于山茶果皮制备超级电容器电极材料的方法，其特征在于，步骤S3中...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦志锋，曾健青，赵吉晓，郭向云，
申请(专利权)人：湖南和广生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：