[发明专利]一种用硬模板法将桂树树叶合成生物质碳材料的方法及其应用

说明书

本发明涉及一种用硬模板法将桂树树叶合成生物质碳材料及其制备方法与应用，首先，用依次蒸馏水和无水乙醇将桂树树叶洗净；其次，用剪刀将桂树树叶裁剪成适当大小，用石墨板将其夹在中间并放进管式炉中煅烧；然后将煅烧得到的碳膜用KOH溶液进行碱处理；最后用HCl溶液进行酸处理。本发明的优点在于：本发明多孔的生物质碳材料作为钠离子电池的负极材料具有良好的比容量，且本发明多孔的生物质碳材料制备方法，制备方法更简单省时、性能更稳定、循环寿命更长，且来源广泛、成本低廉。

技术领域

本发明属于钠离子电池负极材料领域，特别涉及一种多孔的生物质碳材料及其制备方法与应用。

背景技术

钠离子电池作为新一代的化学能源，相比已经具有极大市场规模的锂离子电池有以下几个特点：

(1)资源储量丰富，成本低廉，分布广泛；

(2)钠离子电池的半电池相比锂离子电池半电池电位高0.3～0.4V左

右，这表明可以利用分解电势较低的电解质体系，意味着可供选择的

电解质范围更加宽广，且制作电池的成本下降。

(3)钠离子电池有着更加稳定的电化学性能，可以更加安全的使用。

但是，钠离子电池也相对存在缺陷，和锂元素相比，钠元素的相对原子质量要高于锂元素。导致其理论比容量较小，甚至不足锂的一半；钠离子的离子半径要大于锂离子的半径，导致在电化学反应过程中，更难的嵌入和脱出电极材料。

经检索，现已成功制备出不同生物质碳材料作为锂、钠电池的负极材料。例如花生壳、橘子皮、鸡蛋清、香蕉皮等，并用作锂、钠离子电池负极材料的研究，相比传统碳材料，成本低廉，获取方便。

桂树树叶合成生物质碳材料的关键在反应条件的控制—碳膜酸处理和碱处理的时间、温度与浓度。酸处理和碱处理的时间过长、温度和浓度过高碳膜的结构容易被破坏，时间过短、温度浓度过低无法除去碳膜中残留的金属离子，影响电化学性能。因此，碳膜酸处理和碱处理的时间、温度与浓度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种生物质碳材料及其制备方法与应用，通过本发明的制备方法，能够有效得到多孔的生物质碳材料。

为实现上述技术目的，本发明提出来一种用硬模板法将桂树树叶合成生物质碳材料的方法，包括如下步骤：

(1)采取天然的桂树树叶备用，分别用蒸馏水及无水乙醇将桂树树叶清洗干净；

(2)用剪刀将桂树树叶裁剪成适当大小，用石墨板将裁剪好的桂树树叶在中间，然后一起放入高温管式炉中，在惰性气流下于600～1000℃碳化2～4h，升温速率为3～10℃/min，得到碳膜；

(3)将碳膜放入1～5mol/L的KOH溶液中进行碱处理并在60～80℃下保持2～10h，取出碳膜并且用蒸馏水洗至中性；

(4)然后再将碳膜放入1～5mol/L的HCl溶液进行酸处理中并在60～80℃下保持10～24h，取出碳膜洗至中性，将碳膜在60～80℃下干燥10～24h。

具体地，步骤(2)中，在N₂或Ar惰性气流中碳化，碳化温度为700～900℃，时间为2～4h，升温速率为5～10℃/min。

优选地，步骤(3)中，KOH溶液浓度为2～4mol/L，碱处理的温度为60～70℃，时间为5～8h。

步骤(4)中，HCl溶液浓度为2～4mol/L，酸处理的温度为70～80℃，时间为10～16h。

通过上述制备方法制备得到的生物质碳材料也在本发明的保护范围内。

其中，所述生物质碳材料为多孔结构，其空隙范围为5～7微米。