[发明专利]一种高比表面积的介孔生物质碳片材料的制备及应用

说明书

本发明提供了一种高比表面积的介孔生物质碳片材料的制备方法及应用，将生物质材料经过活化碳化热解等步骤得到活化的高比表面积介孔生物质碳片材料，具有优异的电学性能，能量密度高达84.2Wh·kg^‑1，功率密度高达39700.9W·kg^‑1，且大电流充放电性能优异。从而可应用于电容器领域，尤其是超级电容器领域，具有良好的应用前景和工业化潜力。

技术领域

本发明涉及一种生物炭材料，具体涉及一种高比表面积的介孔生物质碳片材料的制备方法及用途，属于无极功能材料及电化学能源技术领域。

背景技术

太阳能和风能等可持续清洁能源的发展，尤其依赖先进的储能系统，如充电电池和超级电容器。另一方面，快速增长的便携式电子设备市场也需要越来越多的具有高性能的能量存储系统。诸如高功率密度，大容量，低成本，长循环寿命等独特优势的超级电容器。目前，生物质是世界第四大能源，占世界能源的14％，占发展中国家需求的38％，以生物质为碳源制备电极材料，具有原料丰富、环境友好、成本低、可持续、可再生等优点，且制作简单，符合当前社会需求。因此利用生物质制备碳材料是当今社会发展的趋势。

由植物生物质材料制成的碳材料因其具有质量轻、气孔率高、结构稳定性好、易导电等特性，在电池与超级电容器等电化学储能器件中具有广泛的应用。相比于目前在商业化超级电容器上使用的石墨材料，生物质材料能提供更高的比容量，更优的倍率性能与更大压实密度，是下一代超级电容器材料的理想选择。近年来，许多研究工作者都在研究生物质活性炭的制备，例如，利用柳絮、杨絮、梧桐絮、玉米芯、木棉纤维制备碳材料。但是还存在大电流充放电困难、能量密度低、循环寿命短等缺陷，严重限制了其实际的应用和工业化生产。

故基于目前利用生物质制备超级电容器电极材料的缺陷，如何提供一种高性能的生物炭材料用于超级电容电极的制备来提高电容器性能，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种可用于超级电容器制备的高比表面积的介孔生物碳片材料的制备方法，采用生物质原料经特殊的活化、碳化步骤来制得高性能的生物碳材料。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高比表面积介孔生物质碳片材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将杨梅干、活化剂和甲醛混合后置于高压反应器中进行反应，反应结束后冷却，过滤；

(2)将所述步骤(1)中过滤后物质真空干燥；

(3)将所述步骤(2)中干燥后的样品高温处理，然后自然冷却至室温，得活化材料；

(4)将所述步骤(3)中所得物质先用盐酸洗涤再用蒸馏水洗涤至中性，然后真空干燥，即得到高比表面积介孔生物质碳片材料。

上述方案的有益效果是：本发明采用杨梅干为原料，经特殊的活化碳化后得到生物质碳片材料，制得的碳片材料具有更高的比表面积，进而使其拥有更良好的电化学性能。

优选的，步骤(1)中所述活化剂为氯化锌、氯化钠、氯化钾中的一种。

采取上述优选方案的有益效果为：活化剂具有催化脱羟基和脱水的作用，使得原料中的氢和氧以水蒸汽的形式放出，形成多孔性结构，并且高温下活化剂汽化，活化剂分子进入碳内部起骨架作用，碳的高聚物炭化后沉积在骨架上，用酸洗去活化剂后，碳就变成了具有高比表面积的多孔结构活性炭，故活化剂有利于扩充材料微孔。

优选的，步骤(4)中所述盐酸浓度为1mol/L。

优选的，步骤(1)中所述杨梅干与所述活化剂的质量比为1:1-10，最优选为1:6，所述杨梅干与所述甲醛的质量比为5:7-14，最优选为5:9。