[发明专利]南瓜衍生层状碳作为超级电容器电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料技术领域，特别涉及南瓜衍生层状碳作为超级电容器电极材料的制备方法。

背景技术

超级电容器具有功率密度高(>10kW/kg)、使用寿命长(>105次)和充放电时间短(几十秒)的优点，已经广泛应用于电子设备和混合动力车等领域，随着清洁能源的迅猛发展和汽车性能的不断提高，对于超级电容器电极材料的性能和成本要求越来越高。目前商用的超级电容器电极材料大多是氧化锰体系，虽然氧化锰电极的理论容量高，但是它的循环稳定性差，经过几千次的充放电，它的容量衰减严重，使用寿命较短。而碳基电极材料的使用寿命很长，经过几万次的充放电循环使用，容量依旧保持在90％以上；并且碳材料的导电性好，作为电极材料它具有良好的倍率性能；碳材料化学稳定性好，能耐酸耐碱，并且无毒，因此具有巨大的电容器电极应用前景。目前大部分活性炭作为电容器的比容量在200F/g，随着电动车等高能量器件的发展，对电容器的能量密度要求也越来越高，因此需要提高其比容量。

南瓜产量丰富，它的成分主要是碳，氢和氧，其具有作为生物质衍生碳材料的潜力。

发明内容

本发明的目的在于合理利用南瓜资源，提供一种南瓜衍生层状碳材料作为超级电容器电极材料的制备方法。

一种南瓜衍生层状碳作为超级电容器电极材料的制备方法，包括如下步骤：

1)取料：将新鲜南瓜去除表面和籽，得到黄色的南瓜，将其削成厚度为0.1-3mm的薄片；

2)干燥：将上述薄片在0～-50℃下冷冻干燥12-24小时；

3)碳化：将冷冻干燥处理后的薄片在600-1000℃下碳化，保温时间1-10小时，通惰性气体保护；

4)活化：将碳化产物放入2-7M的KOH溶液中浸泡1-3天，KOH与碳化产物的质量比为5:1至1:1；把浸泡的碳取出干燥，放入管式炉活化，活化条件为：600-1000℃下煅烧1-5小时，并通惰性气体保护，最后降到室温，用0.1M HCl清洗残留的钾盐，得到层状多孔结构的南瓜衍生层状碳材料。

优选地，所述惰性气体为氩气或氮气。

优选地，所述高温煅烧的升温速率为1-15℃/min。

优选地，所述惰性气氛为Ar或N₂气氛。

优选地，所述的层状结构南瓜衍生碳材料，其比表面积大于2000m²/g，用作超级电容器电极材料在1A/g下恒电流放电比容量大于300F/g，10A/g下恒电流充放电5000次容量无衰减。

本发明的优点在于：

1)原料廉价易得；

2)操作简便易行；

3)制备的南瓜衍生碳材料具有层状结构，比表面积大；

4)该层状多孔南瓜衍生碳材料用作超级电容器电极材料时，具有比容量高、倍率性能及循环稳定性好的优点。

附图说明

图1是本发明南瓜衍生层状碳作为超级电容器电极材料的制备方法一较佳实施例的流程图。

图2是本发明的实施例1到4中制备的衍生碳材料的XRD图。

图3是本发明的实施例1到4中制备的衍生碳材料的SEM图。

图4是本发明的实施例1到4中制备的衍生碳材料的恒电流充放电曲线图。

图5是本发明的实施例1到4中制备的衍生碳材料的循环伏安曲线。

图6是本发明的实施例1到4中制备的衍生碳材料的恒电流循环充放电图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

1)取料：将新鲜南瓜去除表面和籽，得到黄色的南瓜，将其削成厚度为0.1cm的薄片。

2)干燥：将上述薄片在0℃下冷冻干燥24小时。

3)碳化：将冷冻干燥处理后的薄片在600℃下碳化得到碳化物，将碳化物保温时间2小时，通氮气保护。

4)活化：将碳化产物放入2M(摩尔每升)KOH(氢氧化钾)溶液中浸泡3天，KOH溶液与碳化产物的质量比为5：1；把浸泡的碳化产物取出干燥，放入管式炉活化，活化条件为：700℃下煅烧5小时，并通氮气保护，最后降到室温，用0.1M HCl(氯化氢溶液)清洗残留的钾盐，得到层状多孔结构的南瓜衍生层状碳材料。