[发明专利]一种基于杉木片的超级电容器电极的制备方法

说明书

一种基于杉木的超级电容器电极材料，由碳化后的片状杉木经过活化处理得到，所述活化处理包括CO₂活化，所述CO₂活化为：在CO₂流动气氛中在650‑850℃的温度下活化处理8‑12小时，将活化后的杉木片抛光成厚度为0.4‑1.2mm的薄片。本发明中，采用CO₂，碱和酸依次活化碳化横切杉木薄片。通过一系列活化处理，碳木木片具有更多的微纳米孔道，其比表面积显着增加至613.2m²g^‑1。通过使用这些薄片作为电极，构建了具有优异的综合性能、高比电容和高能量密度的对称型超级电容器。

技术领域

本发明涉及一种电容器，尤其涉及一种基于碳化杉木片的超级电容器电极及制备方法和超级电容器。

背景技术

超级电容器(SCs)作为一种新型的绿色能量存储装置受到广泛关注。如今已开发出一系列新型SCs电极材料，如碳质电极，金属氧化物和过渡金属硫化物。最近的研究表明，电极材料的微观结构对SCs的综合性能有重要影响。为了获得有效的电极材料，已经合成了具有各种微观特征的纳米材料，例如纳米花、纳米棒和核-壳结构。最近的研究结果表明，具有均匀排列的微通道的电极材料更适合于储能装置。结构材料可以使电荷快速分离和运输，并有效地改善能量存储装置的整体性能。为了建立多层次的微观结构以改善材料特性，大自然为我们提供了许多模板和材料设计灵感来设计新材料。木材具有独特的生物基，可再生，机械稳定和均匀排列的通道结构。然而，从木材到木浆到纳米纤维素生产消耗大量能量，并且在破碎，分离和纯化过程中产生大量污染。此外，这种处理将导致天然木材固有多孔性的损失，这对材料的层状结构的充分利用是不利的。因此，特别使人感兴趣的是使用具有天然木材固有多孔性质的功能材料。

木材是最丰富的可再生自然资源之一，在绿色化学领域至关重要。木材含有具有活性位点的含羟基碳水化合物和精细分级的多孔结构。这些官能团可用于制备具有特定性质的各种先进的木基功能材料。此外，木材含有一系列结构细胞，包括管胞(软木)，纤维管胞和导管(硬木)，凹坑和穿孔。因此，如果木材的结构特征被保留并直接用作结构良好的骨架，则它将具有各种潜在的应用。例如，可以使用物理和化学方法在木材管胞中构建结构控制的微/纳米功能材料。通过上述方法，可以最大程度地再现和保持木材的微/纳特性。然而目前国内外还没有见到用木基材料作为电容器电极的报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种比表面积高的基于杉木片的超级电容器电极及其制备方法，并且用其制作出来的超级电容器具有高比电容和高能量密度。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种基于杉木的超级电容器电极材料，由碳化后的片状杉木片经过活化处理得到，所述活化处理包括CO₂活化，所述CO₂活化为：在CO₂流动气氛中在650-850℃的温度下活化处理8-12小时，将活化后的杉木片抛光成厚度为0.4-1.2mm的薄片。本发明中，杉木自然风干至含水率低于30％，然后横切成预定的尺寸大小，变成薄片。这种薄片具有均匀排列的多通道管胞结构，管胞的大小约为20～30μm，管胞壁的厚度约为5μm，然后将薄片进行低温预碳化和高温碳化，得到原始碳化木片(OWC)。OWC碳化木片由CO₂气体进行一次活化。一方面，CO₂与诸如无定形碳的杂质反应并打开堵塞的孔，从而进一步扩展原来的孔道结构。另一方面，CO₂与具有活性位点的表面反应，在管胞壁上产生许多微孔，增加了比表面积。

上述的基于杉木的超级电容器电极材料，优选的，用6％的HCl超声清洗抛光后的杉木片，并用去离子水洗涤至中性，然后在100℃的真空烘箱中干燥10-12小时得到一次活化木碳(AWC)薄片。用HCl超声清洗，去除薄片里面的可溶性无机盐等其他微量元素。