[发明专利]一种复合活性炭气凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及碳材料技术领域，具体涉及一种复合活性炭气凝胶及其制备方法与应用。该方法以纤维素浆粕和碳纳米管为原料，所述纤维素浆粕和碳纳米管的重量比为8～10:5。本发明采用纤维素为炭气凝胶基体，可以实现农业废弃物的可再生利用，减少环境污染、资源浪费等问题，并且通过掺杂碳纳米管，大大提高了纤维素炭气凝胶的电化学性能，可以广泛应用于超级电容器领域。

技术领域

本发明涉及碳材料技术领域，具体涉及一种复合活性炭气凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

炭气凝胶具有比表面积大、化学稳定性好、孔隙结构丰富、密度低等特点，并且它拥有发达的三维网络结构，可以使电解液进入材料内部达到储存电能的目的。这些特点使得炭气凝胶在能量存储、环境净化、药物载体等领域存在着巨大的潜力。传统的炭气凝胶结构复杂、价格昂贵、机械强度较差。相比之下，生物质炭气凝胶性价比高、环保、机械性能优异。因此，生物质炭气凝胶材料目前在超级电容器电极材料领域得到了广泛关注。在众多的生物质原料中，纤维素的储量最为丰富，也是制备生物质炭气凝胶的理想原料。但是，纤维素炭气凝胶的导电性普遍较差，为其在超级电容器领域的应用带来了阻碍。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决本领域存在的不足之处，本发明提出了一种复合活性炭气凝胶及其制备方法与应用。

(二)技术方案

本发明首先提供一种复合活性炭气凝胶的制备方法(一种纤维素/碳纳米管活性炭气凝胶的制备方法)，以纤维素浆粕和碳纳米管为原料，所述纤维素浆粕和碳纳米管的重量比为8～10:5。

本发明发现，在纤维素炭气凝胶中加入导电材料后，其导电性能得到了改善。但一些导电材料加入后，虽然解决了导电问题，但难以在炭气凝胶材料的其他方面得到兼顾。如在加入石墨烯后，存在氧化石墨烯易团聚的问题，会影响材料的分散性能。而加入碳纳米管后，既增加了纤维素炭气凝胶的比表面积与导电性，又不影响炭气凝胶材料的其他性能，尤其在按上述比例加入碳纳米管后，使导电性能和材料本身的性能得到很好地兼顾，提高了复合材料整体的电化学性能。

优选所述纤维素浆粕为竹纤维素浆粕。

相较于其他纤维，竹纤维应用在本发明技术方案中时，更有利于炭气凝胶和柔性超级电容电极材料的机械性能。此外，竹子生长迅速，具有良好的可再生性，可持续性种植。

作为进一步优选方案，所述竹纤维素浆粕中纤维素含量不低于90％，木素含量不低于1％；

其中，所述纤维素中α-纤维素的含量不低于80％。

作为优选，在制备复合溶胶时，先将所述碳纳米管与离子液体混合后形成纤维素溶剂，再将所述纤维素浆粕与所述纤维素溶剂混合；

所述离子液体中，阳离子为烷基咪唑离子、烷基季铵离子中的一种或两种；和/或，阴离子为选自Cl^-、CH₃COO^-、CF₃COO^-、CF₃SO₃^-、BF₄^-、(CF₃SO₂)₃C^-、PF₆^-、(CF₃SO₂)₂N^-中的一种或多种；优选阳离子为烷基咪唑离子，阴离子为CF₃COO^-。

针对本发明所述的特定配比的原料，当按上述方法调整混料方式并进一步优化离子液体后，更有利于提升材料的均一度，进而使其电化学性能得到提升。