【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳材料电化学储能领域，具体涉及一种基于酒糟的多孔碳材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、减少传统化石燃料消耗和温室气体排放对于开发和推广可持续、清洁能源(例如，太阳能、风能、潮汐能、海洋能和地热能等)以及相关技术已经成为全世界迫切的需求。利用可再生能源转化成电能和进一步提高能源转换效率是实现这些目标最有效的解决方案。然而，太阳能或风能等间歇性可再生能源发电量受季节、地域等因素波动很大，对电网稳定造成了很大的挑战。因此，这些可再生能源产生的电力必须进行有效的储存，对冲不利波动，以满足人们对能源需求。同时，随着各种智能电子设备以及电动交通工具的普及，能源存储技术在日常生活中变得越来越重要。构建高能量密度、高功率密度、长循环寿命的能量存储技术正成为储能领域的重要课题和研究焦点。近年来，电化学储能技术因其成本较低、储能效率高、响应速度快和可灵活应用等优点受到了广泛的研究和开发。
2、为此，超级电容器被广泛研究，因为它们具有高功率密度和良好的循环性能，安全和环保，这些都是明显的优势。另一方面，超级电容器表现出较低的能量密度。事实上，与锂离子电池相比，超级电容器具有以下主要缺点：(1)能量密度低(≤15wh/kg)，仅为锂离子电池的1/20左右；(2)成本高，它们的单位能量密度比锂离子电池贵大约20倍。同样，锂离子电池也有一些缺点，包括功率密度低、安全性差、循环寿命低(一般在1000次左右)。从经济角度来分析，超级电容的发展重点主要有：(1)实现超级电容器的循环寿命达到比锂离子电池循环寿命20倍(2万次以上)以上
3、碳材料具有成本低、环境友好、高表面积、高导电性和良好的化学稳定性等优点，最早被应用于商业化，目前也被广泛应用在各种场合中。但是，碳材料作为超级电容器时，其比电容小，通常只有200f/g，严重制约了其应用范围。石墨烯材料作为超级电容器的材料，其理论比电容可以达到550f/g，然而大量的石墨烯通常是由氧化还原法制备，其制备过程会带来严重的环境污染。因此，通过环保的方法制备大量的高比电容的碳材料仍然面临巨大的挑战。
4、专利cn111017925a.公开了一种用酒糟作为原料，经煅烧和活化后，获得蜂窝状的多孔碳材料。该技术方案仍有不足之处，单一酒糟仅经历一次发酵过程，直接导致形成的孔结构单一，进而影响比电容性能。碱的用量过高，导致较大的环境的污染和生产成本。专利cn113479879a.公开了一种基于二次发酵酒糟的活性碳材料及其制备方法和应用。采用二次发酵技术，对酒糟原料的孔结构进行调节，但仍旧没有解决碱的用量过高的问题。
5、因此，如何通过有效的设计和合成手段，降低碳材料活化过程中活化剂(如：磷酸，氢氧化钾等)的用量，降低成本和污染，制备出多孔结构的酒糟碳材料，有效提升酒糟碳材料的电化学性能是当前需要解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于酒糟的多孔碳材料及其制备方法和应用。具体为：以酒糟为原料，在空气中一步或多步碳化得到酒糟衍生的多孔碳材料，所得材料呈多孔状，经电化学测试实验检测具有优异的电容性能。该材料可以应用于超级电容器电极材料中。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种基于酒糟的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4、以酒糟为原料，干燥、研磨，得到酒糟粉末；将所述酒糟粉末装入有空气的容器中，密闭，在空气气氛下一步或多步碳化，然后使用稀盐酸腐蚀、水洗涤，得到所述基于酒糟的多孔碳材料。
5、进一步地，所述酒糟的干燥温度为80-110℃。
6、进一步地，所述酒糟粉末与所述容器体积的比值为(2-6)g：10ml。
7、进一步地，所述碳化温度为700-900℃，碳化时间为0.5-4.0h，升温速率为2-10℃/min。
8、进一步地，所述多步碳化的条件为：初始温度为室温，以2℃/min升温至200℃，碳化时间为2-4.0h，再以2-10℃/min升温至700-900℃，碳化时间为0.5-4.0h。
9、本专利技术同时提供了上述制备方法得到的基于酒糟的多孔碳材料。
10、本专利技术还提供了上述制备方法得到的基于酒糟的多孔碳材料作为超级电容器电极材料的应用。
11、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
12、1)相对同类酒糟用氯化锌等活化剂活化的现有技术比较，本专利技术由于在空气流中对碳源进行热处理，空气中的氧气本身起到了活化的作用，因此无需使用额外的活化剂活化，可降低生产成本，减少对环境的污染；
13、2)本方法制备的多孔碳材料，经扫描电镜实验检测，表面上有大量孔洞；经电化学测试实验检测具有优异的电容性能，当电流密度为1a/g时，比电容值范围在160-300f/g；经过10000圈稳定性测试后，其比电容的保有率在90％，具有良好的稳定性，从而克服了目前商业的超级电容器用的氯化锌、碱等活化剂活化碳材料普遍存在长期运行稳定性差，比电容保有率低的缺点；
14、3)本专利技术设计整体工艺过程简单，碳化温度较低、清洁环保、提高工艺安全性、易于产业化实现。因此，本专利技术制备的多孔碳材料在电池和超级电容器的电极材料领域拥有巨大应用潜力。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于酒糟的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于酒糟的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述酒糟的干燥温度为80-110℃。
3.根据权利要求1所述的一种基于酒糟的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述酒糟粉末与所述容器体积的比值为(2-6)g：10mL。
4.根据权利要求1所述的一种基于酒糟的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述碳化温度为700-900℃，碳化时间为0.5-4.0h，升温速率为2-10℃/min。
5.根据权利要求1所述的一种基于酒糟的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述多步碳化的条件为：初始温度为室温，以2℃/min升温至200℃，碳化时间为2-4.0h，再以2-10℃/min升温至700-900℃，碳化时间为0.5-4.0h。
6.权利要求1-5任一项所述制备方法得到的基于酒糟的多孔碳材料。
7.权利要求1-5任一项所述制备方法得到的基于酒糟的多孔碳材料作为超级电容器电极材料的应用。
【技术特征摘要】
1.一种基于酒糟的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于酒糟的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述酒糟的干燥温度为80-110℃。
3.根据权利要求1所述的一种基于酒糟的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述酒糟粉末与所述容器体积的比值为(2-6)g：10ml。
4.根据权利要求1所述的一种基于酒糟的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述碳化温度为700-900℃，碳化时间为0.5-4....
【专利技术属性】
技术研发人员：彭洪亮，蒋佳欣，韦桂美，田野，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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。