一种低温诱导MXene自组装制备木材厚电极的方法技术

一种低温诱导MXene自组装制备木材厚电极的方法，本发明专利技术涉及一种用于超级电容器的木材电极的制备方法。本发明专利技术要解决现有超级电容器电极制备条件苛刻，制备工艺复杂，能量密度低和使用周期短的问题。方法：一、脱木素；二、制备少层MXene悬浮液；三、真空浸渍。本发明专利技术用于低温诱导MXene自组装制备木材厚电极。温诱导MXene自组装制备木材厚电极。温诱导MXene自组装制备木材厚电极。

【技术实现步骤摘要】
一种低温诱导MXene自组装制备木材厚电极的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于超级电容器的木材电极的制备方法。

技术介绍

[0002]新能源汽车、家电、传感器等电子设备的应用场景十分多元化，所以需要一种具有环保、快速充放电能力的储能材料在任何场景下随时充电。超级电容器拥有高功率密度、快速的充放电能力和较高的安全性受到了人们的关注。然而，超级电容器的能量密度较低限制了它的发展。目前超级电容器储能材料主要分为双电层材料和赝电容材料，双电层材料多为活性炭材料，活性炭材料的安全性较高但是能量密度较低，且制备过程需要高温高压的环境，相比之下赝电容材料引入了氧化还原反应提高了超级电容器的能量密度，然而在使用过程中会发生体积膨胀，因此使用寿命较低且制备过程复杂。因此需要开发一种制备过程简单的环境友好型电极。
[0003]目前已有的环保性电极一般选择生物质材料，但是生物质材料是绝缘的，所以首先需要将生物质材料赋予导电性，常用的方法是将生物质材料石墨化。石墨化生物质材料需要高温或者高压的环境下进行，温度至少需达到800℃，这不仅增加了能耗也影响了大规模应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决现有超级电容器电极制备条件苛刻，制备工艺复杂，能量密度低和使用周期短的问题，进而提供一种低温诱导MXene自组装制备木材厚电极的方法。
[0005]一种低温诱导MXene自组装制备木材厚电极的方法，它是按照以下步骤进行的：
[0006]一、脱木素：
[0007]将木材进行脱木质素处理，得到脱木素木材；
[0008]二、制备少层MXene悬浮液：
[0009]将氟化锂加入到盐酸溶液中，在温度为35℃～40℃的条件下，磁力搅拌30min～60min，然后加入Max粉末，在温度为35℃～40℃的条件下继续反应24h～48h，最后离心收集，得到少层MXene悬浮液；
[0010]所述的氟化锂与Max粉末的质量比为1:(0.75～1)；
[0011]三、真空浸渍：
[0012]①
将脱木素木材置于少层MXene悬浮液中；
[0013]②
在温度为35℃～40℃及真空度为
‑
0.5bar～1bar的条件下，真空浸渍5min～10min，浸渍后放气；
[0014]③
重复步骤三
②
多次，最后冷冻干燥，得到低温诱导MXene自组装制备木材厚电极。
[0015]本专利技术的有益效果是：
[0016]1、本专利技术以脱木素木材作为支撑材料，是一种具有三维多孔结构的环境友好型生
物质材料，来源广泛，成本低廉，并且符合绿色化学的要求。
[0017]2、本专利技术通过在35℃～40℃下真空浸渍，促进MXene均匀的持续的附着在木材细胞壁上，结合紧密，可以承装41.16wt％的少层MXene，此外还扩大了MXene的层间距，大大提高了MXene的与电解液接触面积，对电极的比电容有提升作用。
[0018]3、本专利技术制备得到的超级电容器，可以达到3.03F/cm2的面积比电容，在50mA/cm2的电流密度下循环10,000圈后容量几乎没有损失，装配的全固态对称性超级电容器在19.22μWh/cm2的高能量密度下保持0.58mW/cm2的功率密度。
[0019]4、本专利技术提出的制备方法具有普适性，适用于各种木材，具有实际应用价值。
[0020]5、本专利技术方案可行性高，原材料来源丰富，操作工艺简单，反应条件温和(35℃～40℃)，不需要大型仪器设备，可以实现大规模的工业化生产加工，具有很广泛的应用前景。
[0021]本专利技术用于一种低温诱导MXene自组装制备木材厚电极的方法。
附图说明
[0022]图1为实施例一未经处理的巴沙木木片扫描电镜图片；
[0023]图2为实施例一步骤一制备的脱木素木材的扫描电镜图片；
[0024]图3为实施例一低温诱导MXene自组装制备的木材厚电极扫描电镜图片；
[0025]图4为实施例一至四不同浸渍次数木材厚电极上MXene的负载量对比图；
[0026]图5为实施例一至四不同MXene负载量的木材厚电极CV测试图像；
[0027]图6为实施例一至四不同MXene负载量的木材厚电极GCD测试图像；
[0028]图7为实施例一步骤一制备的脱木素木材EIS测试图；
[0029]图8为实施例一至四不同MXene负载量的木材厚电极EIS测试图；
[0030]图9为实施例三MDBW
‑
20在50mA/cm2的电流密度下以GCD测试循环10000圈；
[0031]图10为利用实施例三MDBW
‑
20组装的全固态木质超级电容器，在不同电流下能量密度和功率密度测试图，a为能量密度，b为功率密度。
具体实施方式
[0032]本专利技术技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
[0033]具体实施方式一：本实施方式所述的一种低温诱导MXene自组装制备木材厚电极的方法，它是按照以下步骤进行的：
[0034]一、脱木素：
[0035]将木材进行脱木质素处理，得到脱木素木材；
[0036]二、制备少层MXene悬浮液：
[0037]将氟化锂加入到盐酸溶液中，在温度为35℃～40℃的条件下，磁力搅拌30min～60min，然后加入Max粉末，在温度为35℃～40℃的条件下继续反应24h～48h，最后离心收集，得到少层MXene悬浮液；
[0038]所述的氟化锂与Max粉末的质量比为1:(0.75～1)；
[0039]三、真空浸渍：
[0040]①
将脱木素木材置于少层MXene悬浮液中；
[0041]②
在温度为35℃～40℃及真空度为
‑
0.5bar～1bar的条件下，真空浸渍5min～10min，浸渍后放气；
[0042]③
重复步骤三
②
多次，最后冷冻干燥，得到低温诱导MXene自组装制备木材厚电极。
[0043]本具体实施方式以脱木素木材为原料，不但保留了原木原有的三维多孔结构，而且比原木具有更大的比表面积，制备得到的超级电容器电极，具有制备条件温和、简单，对生态环境、人类健康和资源消耗的影响都极低的特点，具有更广阔的实际应用前景。
[0044]本具体实施方式适应性广泛，可以采用不同种类的脱木素木材作为支撑材料，松木、桦木、楸木、红橡、白橡、柞木、水曲柳、榆木、杨木、椴木、巴沙木等都适用。
[0045]本具体实施方式区别于传统的抽滤浸渍、常温浸渍和真空浸渍。传统的浸渍方式不能持续性促进木材吸收活性物质，且与木材连接不牢固。本具体实施方式采取了在35℃～40℃下真空浸渍，在这个过程中，MXene悬浮液被渗透进木材后，水分子在温度和压力的附加条件下以水蒸气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温诱导MXene自组装制备木材厚电极的方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：一、脱木素：将木材进行脱木质素处理，得到脱木素木材；二、制备少层MXene悬浮液：将氟化锂加入到盐酸溶液中，在温度为35℃～40℃的条件下，磁力搅拌30min～60min，然后加入Max粉末，在温度为35℃～40℃的条件下继续反应24h～48h，最后离心收集，得到少层MXene悬浮液；所述的氟化锂与Max粉末的质量比为1:(0.75～1)；三、真空浸渍：
①
将脱木素木材置于少层MXene悬浮液中；
②
在温度为35℃～40℃及真空度为
‑
0.5bar～1bar的条件下，真空浸渍5min～10min，浸渍后放气；
③
重复步骤三
②
多次，最后冷冻干燥，得到低温诱导MXene自组装制备木材厚电极。2.根据权利要求1所述的一种低温诱导MXene自组装制备木材厚电极的方法，其特征在于步骤一中所述的木材厚度为1mm～2mm。3.根据权利要求1所述的一种低温诱导MXene自组装制备木材厚电极的方法，其特征在于步骤一中所述的脱木质素处理具体是按以下步骤进行：将木材浸渍于次氯酸钠溶液中，加入酸性缓冲液调节pH至4.6，然后在温度为80℃～90℃的条件下，保持5h～10h，最后用去离子水反复洗涤，得到脱木素木材。4.根据权利要求3所述的一种低温诱导MXene自组装制备木材厚电极的方法，其特征在于所述的次氯酸钠溶液的质量百分数为1％～2％；所述的酸性缓冲液为冰醋酸溶液。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成毓，于源，杨海月，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：