[发明专利]一种生物质超级电容器电极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及电容器电极材料领域，尤其是涉及一种生物质超级电容器电极材料及其制备方法。该生物质超级电容器电极材料是由核桃青皮制成的生物质活性炭，制备方法主要包括以下步骤：将洗涤后的核桃青皮烘干打磨成粉，煅烧进行预碳化；将碳粉加入强碱水溶液搅拌后烘干；对含碱的碳粉进行煅烧,获得不同活化温度的核桃青皮活性炭；在将活性炭和乙炔黑、PVDF溶解分散，涂在基底上制得工作电极。本发明所制得的超级电容器电极材料核桃青皮活性炭具有均匀分布的孔结构和高表面积，能够提高超级电容器电极的传导传质能力。

技术领域

本发明涉及电容器电极材料领域，尤其是涉及一种生物质超级电容器电极材料及其制备方法。

背景技术

随着全球人口的增加以及工业的快速发展，传统化石能源日渐枯竭。各国在探索新型清洁能源的同时，也在研究更加能够高效储存能源的装置。超级电容器因其具有的较高的能量密度、功率密度、较宽的工作温度以及超长的寿命等优点，使之在储能领域有广阔的应用前景。然而，超级电容器的性能很大程度上取决于电极材料。

目前超级电容器的电极材料主要包含碳材料、金属氧化物材料以及导电高分子聚合物材料。其中，碳材料自身多孔、导电性好、比表面积大等特征。同时，碳材料具有的高化学稳定性，为延长超级电容器使用寿命提供保障。相比传统化石能源制备的活性炭高昂的价格，由生物质制备活性炭由于其来源丰富，能够有效的减少制备碳材料的成本。生物质活性炭由于其可再生性和绿色无污染的特性，同样也满足当今社会可持续发展的理念。

正是由于生物质活性炭前驱材料丰富，如何选择合适的原材料以及如何设计适合该材料的制备方法以提高产物质量成为核心技术问题。基于我国丰富农产品种类，目前以存在一些针对特定植物材料制备超级电容器活性炭材料的制备方法。例如，中国专利CN109516459B介绍了一种气相物理活化法制备木质生物活性炭的方法，具体包括将粉碎后的生物质原料置于炉内，在活化温度下通水蒸气、二氧化碳等活化气体；中国专利CN104150478B介绍了一种用稻壳制备超级电容器用生物质活性炭的方法，具体包括将炭化后的稻壳加入碱进行活化；中国专利CN105036130A介绍了一种用榆钱为原料制备超级电容器用活性炭残料的方法，具体包括将生物材料于活化剂浸渍后，进行炭化、酸洗、烘干等步骤。

核桃在我国产量丰富，其中青皮部分年产量为35万吨以上，拥有制备生物质活性炭超级电容器电极材料的优秀潜力。然而目前并没有研究针对如何制备核桃青皮的活性炭，以及如何改良制备方法，在降低制备成本的同时获得更好的材料性能。

发明内容

鉴于上述问题，本说明书实施例提供一种用核桃青皮生物质活性炭制得的超级电容器电极材料及其具体制备方法。

第一方面，本说明书实施例提供了一种生物质电容器电极材料，该材料为核桃青皮制得的生物质活性炭。

第二方面，本说明书实施例提供了一种生物质电容器电极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)将剥落的核桃青皮用水和乙醇各清洗3次，放入烘箱烘干后，用粉碎机打磨成粉，将所述核桃青皮粉末通过管式控温炉进行预煅烧，获得青皮碳粉；

步骤(2)向青皮碳粉加入强碱水溶液搅拌活化，并烘干；

步骤(3)利用管式控温炉对强碱活化后青皮碳粉再次进行煅烧，获得核桃青皮活性炭；

步骤(4)将核桃青皮活性炭与乙炔黑、PVDF混合溶解于溶剂中，将所得溶剂涂在基底上制作超级电容器电极。

在一些实施例中，所述步骤(4)中核桃青皮活性炭、乙炔黑、PVDF的比例为7:2:1，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)。

在一些实施例中，所述步骤(4)中核桃青皮活性炭、乙炔黑、PVDF的比例为8:1:1，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)。