[发明专利]一种3D开花棒状硫化镍/木材电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种3D开花棒状硫化镍/木材电极材料及其制备方法和应用，所述方法包括以下步骤，步骤1，将摩尔浓度比为(4～7)：(3～6)的氯化镍和硫脲混合溶液填充在脱木素木材中，得到含有混合溶液的脱木素木材；步骤2，将含有混合溶液的脱木素木材中的水去除后，得到干燥的填充木材；步骤3，将干燥的填充木材先在氧气环境中，于180～360℃下保温3～6h，之后在无氧环境中，于700～900℃下保温2～5h，得到3D开花棒状硫化镍/木材电极材料；提高了材料的电导率、电流密度功率密度和能量密度，且使得该材料在能量密度一定的情况下具有了较高的功率密度。

技术领域

本发明属于生物质能源技术领域，具体为一种3D开花棒状硫化镍/木材电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

超级电容器即电化学电容器，是介于传统电容器和二次电容器之间的一种新型储能器件，具有比传统电容器更高的能量密度，比二次电池更高的功率密度。此外，超级电容器还具有容量配置灵活、易于实现模块化设计、循环使用寿命长、工作温度范围宽、环境友好和免维护等优点，这些特性使其更适于苛刻的工作环境。近年来随着碳纳米技术的发展，超级电容器的制造成本不断降低，而其功率密度和能量密度却不断提高，这些都将进一步拓展并加快超级电容器在新型电力储能方面的应用。超级电容器以其优异的特性，可以部分或者全部替代传统的化学电池用于车辆的牵引电源和启动电源，并且具有比传统的化学电池更加广泛的用途。正因为如此，世界各国都不遗余力地对超级电容器进行研究与开发。

超级电容器电极材料中，碳基材料以其多孔、高比表面积结构、良好的导电性和宽孔径分布等优势，成为使用最多的电极材料。碳基材料是利用双电层存储电能，曾一度被认为可以通过增大碳基材料的比表面积来增大电容器的比电容。然而经过多年的研究发现，碳基材料的比表面积不是影响超级电容器电化学性能的唯一因素。碳基材料的孔隙率以及其表面吸附的官能团共同制约着碳基材料比表面积的利用率，其中碳基材料的孔隙率直接影响电解液对碳基材料的浸润情况，良好的浸润效果有利于碳基材料组装后在性能测试时存储的正负电荷形成双电层。至今报道过的碳基材料有活性碳、碳纤维、碳气凝胶、碳纳米管和石墨烯等，但是这些碳基材料制备过程复杂而难大规模生产，例如碳纳米管单壁和多壁，此外碳基材料存在缺陷，这都会严重影响超级电容器材料的大规模应用。

为此，越来越多的科技工作者将目光投向生物质材料，由于生物质材料在大自然中的广泛存在而越来越受到人们的关注，生物质材料含有大量的碳元素，且其自身有化学合成所不可比拟的各种各样优越的空间结构，这为人们的充分利用提供了大量的可能性；同时生物质材料具备完美的生物界循环特点，对环境零污染且百分百可再生，也是其他人工合成材料所望尘莫及。不论是直接利用的生物质材料产物如淀粉基材料、甲壳素基材料、纤维素基材料等，还是经过加工的产品都已成为材料界主要的原料来源，其所制备的功能材料在智能材料、生物医药、轻纺工业等方面具有广泛的应用，然而现有的生物质储能材料电流密度、能量密度低，使得生物质材料充电时间长、放电时间长且储能有限。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种3D开花棒状硫化镍/木材电极材料及其制备方法和应用，工艺简单、安全、无污染，3D开花棒状结构给电解液的浸润和电子的储存传输提供了有效的孔道，从而提高材料的电流密度、能量密度和充/放电循环稳定性。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种3D开花棒状硫化镍/木材电极材料的制备方法，包括以下步骤，

步骤1，将摩尔浓度比为(4～7)：(3～6)的氯化镍和硫脲混合溶液填充在脱木素木材中，得到含有混合溶液的脱木素木材；

步骤2，将含有混合溶液的脱木素木材中的水去除后，得到干燥的填充木材；

步骤3，将干燥的填充木材先在氧气环境中，于180～360℃下保温3～6h，之后在无氧环境中，于700～900℃下保温2～5h，得到3D开花棒状硫化镍/木材电极材料。