[发明专利]一种PbO2/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种PbO₂/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的制备方法，可应用于超级电容器和电容电池。属于材料制备领域。

背景技术

山核桃在全国分布范围较小，主要分布在浙江西北山区及安徽东南山区，山核桃外蒲壳中含一种生物碱，具有较强碱性，且不易腐烂，每年山核桃采摘后所遗弃的山核桃外蒲壳均对当地生态环境造成严重污染。目前无论是山上堆放还是集中专用场地堆放均无法解决日益增加的山核桃外蒲壳固废处理，每年政府均投入大量人力物力和资金均未获得良好的效果。本发明正是利用山核桃外蒲壳作为原料，生产活性炭复合电容电极材料，在一定程度上解决了长期困扰山核桃外蒲壳环境污染的难题。

传统上合成活性炭采用化学活化法，是将原料与化学药品以一定比例混合、浸渍一段时间后，在惰性气体保护下将炭化和活化同时进行的一种制备方式，实质是化学试剂镶嵌入炭颗粒内部结构中作用而开创出丰富的微孔。常用的活化剂有碱金属、碱土金属的氢氧化物和一些酸。如此生产出来的活性炭虽然表面积较大可以存储比较多的电量，但放电过程不稳定，循环特性较差，因此在实际应用中存在着致命的缺陷。

发明内容

本发明的目的是解决山核桃外蒲壳对生态环境造成严重污染的问题，并针对现有电容活性炭技术的不足，提供一种PbO₂/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的制备方法。

二氧化铅具有电阻率低、化学性质稳定、耐蚀性好、导电性好、可通过大电流等特性，广泛应用于各类有机物、无机物的电解制备中。同时二氧化铅还具有充放电可逆性好以及价格低廉等优点。

一种PbO₂/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的制备方法分为两步，第一，采用碳酸钠法合成山核桃蒲壳基活性炭；第二，采用溶胶-凝胶法合成PbO₂/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料。

一种PbO₂/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

1)将山核桃外蒲壳放置于户外自然晒干、风干，在粉碎机中粉碎，粉末过200-600目。

2)将步骤1)山核桃外蒲壳粉末在氮气保护下炭化，炭化的温度为500～800℃，炭化时间为0.5～2小时。

3)将步骤2)炭化料与碳酸钠混合均匀后在氮气保护下活化，炭化料与碳酸钠的重量比为1∶1～1∶10，活化温度为800～1000℃，活化时间为0.5～2小时。

4)待步骤3)所得产物冷却后分别用稀盐酸和醋酸清洗，再用蒸馏水清洗至洗液pH值为6～7，在130℃下烘干即得到山核桃蒲壳基活性炭产品。

5)在搅拌的情况下，将1～3ml铅酸丁酯滴加入20ml无水乙醇中，制得溶液A。将1ml无水醋酸、1ml去离子水和10ml无水乙醇混合均匀制得溶液B。在搅拌的情况下，将溶液B滴加入溶液A，搅拌1h得到透明澄清的溶胶后，加入1g步骤4)中合成的山核桃蒲壳基活性炭，充分搅拌均匀后，缓慢滴加去离子水，直至溶液变成有弹性的果冻状凝胶，然后放入恒温鼓风干燥箱中，80～110℃下保温10～12h后将产物碾碎，置于管式电阻炉中，在氮气气氛下，以5℃/min的升温速率从室温升温至400℃，保温2～10h即得PbO₂/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料。

本发明优点：一、本发明合成的复合材料具有长久使用性。在制备前驱体溶液时，经过长时间的浸渍，前驱体离子能够进入山核桃蒲壳基活性炭的孔道内，使得PbO₂存在于孔道内，外层的外层充当一层保护壳，保护PbO₂免遭外界环境的破坏。二、该复合材料具有大比表面积，对电子有强大的吸附能力。PbO₂纳米颗粒不仅可提供良好的电导性，还可以使得放电过程较为平稳，具有较好的循环特性。

本发明采用X射线衍射技术(XRD)分析本发明制备的PbO₂/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料物相；采用三电极法测试循环伏安特性，从而来评价本发明制备的PbO₂/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的电容电极特性。

附图说明

图1是具体实施方式二制备的PbO₂/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的XRD曲线图；图2是具体实施方式二制备的PbO₂/山核桃蒲壳基活性炭复合电容电极材料的循环伏安特性图。

具体实施方式一：