[发明专利]一种以甘草药渣多孔碳为基底的镍钴水滑石复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于超级电容器电极材料的制备技术领域，本发明公开了一种以甘草药渣多孔碳为基底的镍钴水滑石复合材料及其制备方法与应用。本发明首先用KOH活化法从甘草药渣中制备了多孔炭材料，随后通过简单的一步水热法制备了甘草药渣多孔碳/镍钴水滑石复合材料，其中含有二维纳米片和绣球状微球的核壳结构。调节该复合材料合成过程中尿素的含量可以明显改变其表观形态、分层孔隙率和活性位点，从而影响电化学性能。结果表明，甘草药渣多孔碳/镍钴水滑石复合材料可以从镍钴水滑石和甘草药渣多孔碳的碳材料的协同效应中获益，作为储能装置的电极材料具有巨大的潜力。

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料的制备技术领域，尤其涉及一种以甘草药渣多孔碳为基底的镍钴水滑石复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着化石燃料的不断枯竭，世界能源危机正在恶化。为了满足高效储能装置的持续发展，迫切需要具有优异储能性能的先进材料。超级电容器是有前途的储能系统，因为与传统电池相比，它具有优越的瞬时功率密度，并且与传统的介质电容器相比，能量密度也大大提高。此外，优越的电荷存储、高能量密度和长耐久性也是超级电容器受到青睐的原因。水滑石其独特的二维纳米层状结构和优良的赝电容行为保证了其在电化学领域的广泛应用。但通常具有导电性相对较差、倍率性能较低以及在充放电反应过程中由于结块而导致稳定性较差的缺点，这成为该技术进入实际储能应用的一个限制因素。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种以甘草药渣多孔碳为基底的镍钴水滑石复合材料及其制备方法与应用，有效提高水滑石的导电性，提高复合材料的倍率性能和稳定性。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种以甘草药渣多孔碳为基底的镍钴水滑石复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将甘草药渣依次进行预碳化，后处理，干燥得到甘草药渣预碳化粉末；

2)将KOH、步骤1)制得的甘草药渣预碳化粉末和去离子水混合，之后浸渍，得到甘草药渣多孔碳前体物；

3)将步骤2)中的甘草药渣多孔碳前体物依次经过碳化，后处理，干燥得到甘草药渣多孔碳；

4)将CoCl₂·5H₂O、NiCl₂·5H₂O、尿素、去离子水和步骤3)制得的甘草药渣多孔碳混合，得到甘草药渣多孔碳/镍钴水滑石前体液；

5)将步骤4)制得的甘草药渣多孔碳/镍钴水滑石前体液依次进行水热反应，后处理，干燥得到甘草药渣多孔碳/镍钴水滑石复合材料。

作为优选，步骤1)中，所述预碳化的温度为600～700℃，预碳化的时间为2～3h，预碳化的升温速率为2～8℃/min；所述后处理包括如下步骤：将预碳化后的甘草药渣通过去离子水和乙醇的混合液淋洗。

作为优选，步骤2)中，所述KOH与步骤1)制得的甘草药渣预碳化粉末的质量比为2～4：1，KOH与去离子水的质量体积比为2～4g：20mL；所述混合采用搅拌混合，混合的时间为2～6h；所述浸渍的温度为60～100℃，浸渍的时间为20～24h。

作为优选，步骤3)中，所述碳化包括如下步骤：将步骤2)中的甘草药渣多孔碳前体物置于管式炉中，以2～8℃/min的升温速率升温至800～900℃，碳化2～2.5h；所述后处理包括如下步骤：将碳化后的甘草药渣多孔碳前体物通过1～1.5M的HCl溶液调节PH值到6～8，然后通过去离子水和乙醇充分淋洗。

作为优选，步骤4)中，所述CoCl₂·5H₂O、NiCl₂·5H₂O和尿素的物质的量之比为1:2～4:2～8，尿素与去离子水的质量体积比为0.03～0.6g：60mL，步骤3)制得的甘草药渣多孔碳与尿素的质量比为0.02～0.04：0.03～0.6。