[发明专利]一种芦苇花生物炭基电极材料及其制备方法

说明书

本案涉及一种芦苇花生物炭基电极材料及其制备方法，包括将芦苇花在氮气氛围下碳化后，以氢氧化钾作为活化剂、含氮化合物作为掺氮剂进行高温活化和掺氮制得芦苇花生物炭，再与乙炔黑和聚四氟乙烯乳液混合后压片、烘干制得芦苇花生物炭基电极材料。本发明中选用芦苇花制备电极材料，一步完成碳化‑活化造孔‑掺氮，制备过程简单，易操作；本发明选用的含氮化合物如二乙醇胺带有羟基，能与芦苇花表面的羧基进行化学反应，从而和生物质碳更好结合，掺氮量高；同时二乙醇胺本身具有碱性和水溶性，易于进入植物纤维内部，在高温碳化过程中更易于造孔，在生物炭基材料制备过程中充当掺氮剂和辅助造孔剂。

技术领域

本发明涉及电极材料制备技术领域，具体涉及一种芦苇花生物炭基电极材料及其制备方法。

背景技术

在环境问题和燃料能源短缺日益突出的今天，大力发展清洁可再生能源已成为不可逆转的趋势。发展新型高效储能装置是研究能源可持续利用的重要组成部分。超级电容器、锂离子电池、锂-硫电池和其它充电电池被认为是有较好前景的储能装置。超级电容器具有环保、比电容值高、充放电速度快、存储容量大、循环寿命长等优点，在军事和汽车等工业领域有着广泛的应用。超级电容器中的电极材料是决定储能能力的最重要因素，目前超级电容器技术的发展主要是朝着对纳米结构电极材料的研究方向发展。超级电容器具有高功率密度，快速充放电效率和超长的循环使用寿命，能够有效的提高储能系统的效率,超级电容器电极材料主要包括金属氧化物材料、导电高分子材料和碳基材料。

多孔生物质碳材料，作为一种环境友好的新型材料，具有原料来源丰富、便宜易得、比表面积大和电化学性能良好等优点。在吸附材料、锂电子电池、锂-硫电池、燃料电池和超级电容器电极材料等领域有着广阔的应用前景。目前，已有利用天然产物制备多孔碳材料的研究，然而电化学活性较低，不适宜作为超级电容器电极材料。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明旨在基于芦苇花制备生物碳材料，并制成电极材料，其能应用于超级电容器中，具有良好的导电性。

一种芦苇花生物炭基电极材料的制备方法，包括将芦苇花在氮气氛围下碳化后，以氢氧化钾作为活化剂、含氮化合物作为掺氮剂进行高温活化和掺氮制得芦苇花生物炭，再与乙炔黑和聚四氟乙烯乳液混合后压片、烘干制得芦苇花生物炭基电极材料。

进一步地，所述碳化条件为将干燥的芦苇花在氮气氛围下以2-3℃/min 的加热速度升温至700℃后恒温1-3h。

进一步地，所述高温活化的条件为将碳化后的芦苇花浸渍于6mol/L的氢氧化钾溶液中12h，随后在110℃下烘干至恒重，并在氮气氛围下以3℃/min 的加热速度升温至700℃后恒温1-3h。

进一步地，所述含氮化合物为乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺。

进一步地，所述掺氮的条件为将活化后的芦苇花浸渍在6mol/L的氢氧化钾溶液中，加入含氮化合物搅拌均匀，静置12h，随后在110℃下烘干至恒重，并在氮气氛围下以2-3℃/min的加热速度升温至700℃后恒温1-3h。

进一步地，所述压片的步骤为将所述芦苇花生物炭与乙炔黑和聚四氟乙烯乳液混合均匀，加入无水乙醇调节混合材料粘度，将混合材料压至薄片后放置在泡沫镍片上用压片机压紧实，随后在110℃下干燥8h。

进一步地，所述芦苇花生物炭、乙炔黑和聚四氟乙烯乳液的质量比为 85:10:5。

本发明提供一种如上所述的制备方法制得的芦苇花生物炭基电极材料。