[发明专利]一种铅锡合金包覆秸秆基活性炭复合电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学能源材料领域，特别是一种铅锡合金包覆秸秆基活性炭复合电极材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器以其充放电快、循环寿命长、可逆性及稳定性好等特点，在构成电动汽车的组合电源、重复大脉冲电源、计算机备用电源等领域展示了美好的应用与发展前景。高比表面积的碳材料是超级电容器理想的电极材料，如活性炭、碳气凝胶、碳纳米管、和碳纤维等。尽管碳材料超级电容器已初步商业化应用，但因其比容量较小，应用程度因而受到很大限制，需要寻找新的大容量、稳定可靠的超级电容器电极材料。

导电聚苯胺具有独特的质子酸/阳离子掺杂机制，常用的阳离子酸掺杂剂为各种有机质子酸和无机质酸。聚苯胺导电性好，具有单体价格便宜、高的电荷密度等优点，是导电高分子材料中最具发展潜力的品种之一。在超级电容器电极材料中引入n型掺杂的聚苯胺活性材料，在电容器充放电过程中，能充分利用电解液中阴阳离子，提高电极材料的储电性能。氧化镁具有热稳定性及化学稳定性，在很高的温度下无结构和组成的改变，将它和炭基材料掺杂在一起，可以提高炭质，也在一定程度上阻止微粒发生团聚，提高电极材料的导电性能，提高充电容量，铅锡合金具有良好的韧性、导热性和耐蚀性，将它涂覆在电极材料的表面，增加了电极材料孔径，从而增强导电性，并且还延长了电极材料的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种铅锡合金包覆秸秆基活性炭复合电极材料及其制备方法。

为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：

一种铅锡合金包覆秸秆基活性炭复合电极材料，由下列重量份的原料制成：氧化镁2-3、氧化镍1-2、氟磷酸钴锂1-2、氯铱酸1-2、四硫代钨酸铵2-4、聚苯乙烯磺酸钠1-2、淀粉2-3、铅锡合金3-4、聚苯胺复合材料3-5、秸秆1000-1200、无水氢氧化钾3-5、去离子水5-10；

所述聚苯胺复合材料是由下列重量份的原料制成：对甲苯磺酸4-6、盐酸6-8、纳米二氧化硅3-5、蒙脱土2-4、苯胺8-12、过硫酸铵0.4-0.7、去离子水30-50；制备方法是将对甲苯磺酸加到4-6mol/l的盐酸溶液中，搅拌均匀形成混合溶液，再将纳米二氧化硅、蒙脱土加到混合溶液中超声分散30-50分钟，再加入对甲苯磺酸质量0.5-2倍的苯胺单体，冰水浴下搅拌1-2小时形成均匀乳液，再将过硫酸铵缓慢滴加到乳液中，继续搅拌反应3-4小时，减压抽滤，固体沉淀依次用去离子水和对甲苯磺酸洗涤成中性，80-90°C下真空干燥8-12小时，即可得到聚苯胺复合材料。

本发明所述一种铅锡合金包覆秸秆基活性炭复合电极材料，由以下具体的步骤制成：

（1）将秸秆清洗干净后烘干，水分控制在20-25%左右，隔绝空气经过6-8小时常温物理炭化堆积得到生物质炭，再将该生物质炭粉碎成颗粒，加到沸腾炉中，通入预先预热至300-400°C的水蒸气和二氧化碳混合气体，在800-1000°C下进行氧化反应1-2小时，取出后加到熔融的无水氢氧化钾中，得到高比表面积活性炭备用；

(2)将淀粉、聚苯乙烯磺酸钠加到乙醇的水溶液中，搅拌溶解后加入步骤（1）的产物和除铅锡合金外的其他剩余成分，在80-100°C下加热搅拌，干燥后通入纯氨气，于500-600°C下保温50-100分钟，然后迅速冷却至室温后粉碎至200-400目粉末备用；

（3）将铅锡合金加热至熔融状态与步骤（2）的产物混合均匀即可。

本发明的优点是：本发明的聚苯胺复合材料具有价格便宜、电荷密度高等的优点，添加到电极材料中能够提高导电性和储电性能；添加的铅锡合金具有良好的韧性、导热性和耐蚀性，将它涂覆在电极材料的表面，增加了电极材料孔径，从而增强导电性，并且还延长了电极材料的使用寿命。

具体实施方案

下面通过具体实例对本发明进行详细说明。

 一种铅锡合金包覆秸秆基活性炭复合电极材料，由下列重量份（公斤）的原料制成：氧化镁3、氧化镍1、氟磷酸钴锂1、氯铱酸1、四硫代钨酸铵3、聚苯乙烯磺酸钠2、淀粉2、铅锡合金4、聚苯胺复合材料5、秸秆1200、无水氢氧化钾4、去离子水10；