[发明专利]一种天然果壳碳材料的制备及其电化学电容器应用

摘要

本发明公开了一种天然果壳碳材料的制备及其电化学电容器应用，天然果壳碳材料的制备是将天然果壳经高温碳化—碱活化后得到多孔纳米果壳碳材料。在碱性水溶液电解质中，2mV/s和500mV/s电势扫描速率下，双电层比电容量分别达到312F g‑1和224F g‑1。在有机电解液用1M四氟硼酸四乙基铵做电解质时，在10mV s‑1和500mV s‑1的扫描速率下，其电容量分别为209F g‑1和50F g‑1。高扫描速率下其比电容量相对稳定，这表明其作为高功率的超级电容器活性材料具有非常大的应用前景。同时，由于原料使用的是天然生物材料开心果壳，来源广泛，价格便宜，而且这种电极材料制备工艺简单可控，条件温和，设备简易，具有实用化生产的价值。

主权项

一种天然果壳碳材料的制备，其特征在于有下列步骤：步骤一，碳化天然果壳；将干燥的天然果壳置于管式炉中的钢玉舟内，在惰性保护气氛中进行碳化，制得碳化后果壳；碳化条件：在升温速率为2～10℃/min条件下升温至200℃～300℃，恒温处理0.5～3小时；然后在升温速率为2～10℃/min条件下升温至600℃～800℃，恒温处理3～5小时；所述的干燥的天然果壳是指含水量低于10％的天然果壳；步骤二，制作果壳颗粒碳材料；将步骤一制得的碳化后果壳放入球磨机中，选取球磨介质，球磨处理6～15小时后，得到20～120目果壳碳粉材；所述球磨介质为大、中、小三种直径玛瑙球，其中，玛瑙球直径分别为2cm、1cm和0.5cm；所述1克的碳化后果壳需要10～30克的玛瑙球，10～30克的玛瑙球中包括有0～25克的大直径玛瑙球、0～25克的中直径玛瑙球、0～25克的小直径玛瑙球；将果壳碳粉材与体积百分比为5～10％的氢氟酸水溶液混合均匀，在超声频率为30～50KHz的条件下，超声处理15～30分钟，超声去除二氧化硅；然后加入去离子水，离心洗涤至pH值为中性；过滤取滤上物，并置于温度为40～80℃烘箱内干燥处理4～7小时，得到果壳颗粒碳材料；所述1克的果壳碳粉材中加入50～150毫升的氢氟酸水溶液；所述离心洗涤选取的转速为4000～6000转/分钟；步骤三，碱液活化制多孔纳米果壳碳材料；将步骤二制得的果壳颗粒碳材料和碱性活化物质置于管式炉中的钢玉舟内，在惰性保护气氛中进行活化，制得活化后果壳碳粉材；活化条件：在升温速率为2～10℃/min条件下升温至600℃～800℃，恒温处理3～5小时；用量：1克的果壳颗粒碳材料中加入1～5克的碱性活化物质；所述碱性活化物质选取氢氧化钠、氢氧化钾或者氢氧化锂；在活化后果壳碳粉材中加入去离子水，在超声频率为30～50KHz的条件下，超声洗涤15～30分钟，洗涤多次至pH值为中性；过滤取滤上物，并置于温度为40～80℃烘箱内干燥处理4～7小时，得到多孔纳米果壳碳材料。