[发明专利]高体积比容量的稻壳基类石墨烯多孔碳材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高体积比容量的稻壳基类石墨烯多孔碳材料的制备方法，包括如下的步骤：(1)按照镍元素与稻壳的质量比为0.03～0.06:1的比例，将稻壳浸泡于镍盐溶液中，搅拌，干燥后得到稻壳‑镍盐混合物；(2)将稻壳‑镍盐混合物于700℃下碳化，得到RHNi‑700；接着使用酸液浸泡去除RHNi‑700中的镍盐颗粒，清洗，干燥后，得到RHNi‑700A；(3)按照1:3～5的质量比将RHNi‑700A与碱溶于水中，混合均匀后干燥；接着在惰性气体氛围下，将干燥后的混合物升温活化，即得到所述稻壳基类石墨烯多孔碳材料。本发明的制备方法，工艺简单、原料来源广、成本低，得到的类石墨烯多孔碳材料具有大的体积比容量和比电容。

技术领域

本发明涉及多孔碳材料技术领域，具体涉及一种高体积比容量的稻壳基类石墨烯多孔碳材料及其制备方法。

背景技术

目前人们对能源使用量日益增加，电化学存储器件(二次电池和超级电容器)因其高效的能源转移和利用等特点引起了研究者们的广泛关注，超级电容器是一种介于传统电容器和二次电池之间的储能器件，其在功率密度、使用寿命、热稳定性和放电效率等方面要优于二次电池，在能量密度方面要优于传统电容器。由于超级电容器自身的特性，其应用范围十分广泛，可用于电子产品、辅助电源、工业设备、交通运输等领域。超级电容器有着高功率密度、长循环寿命、高充放电效率、宽工作温度范围以及安全可靠性等优势。但仍然存在些许不足，如成本较高，能量密度较低等问题，不能够满足现在的产业需求。因此，急需对超级电容器(尤其超级电容器电极材料)进行更加深入细致的研究探索。

电极材料作为超级电容器的核心部件，其对电容器性能至关重要。目前被证实能作为超级电容器的电极材料大概分为三类：碳材料、金属氧化物和导电聚合物。其中碳材料来源丰富成本低廉，具有广阔的商业前景。具有代表性的碳材料有：活性炭、碳纳米管、碳气凝胶、石墨烯。目前，商业化活性炭虽具有大的比表面积(～3000m²/g)，但较低的能量密度，无法满足日益增长的需求，因此选择合适的材料和制备方法提升性能成为当下研究的重要方向。

石墨烯是具有sp²杂化结构的单层石墨，其具有良好导电率、超大比表面积(2630m²/g)、优异机械性能、稳定化学性能等特点。目前石墨烯电极材料制备方法，按照碳源类型及模板差异大致可以分为：石墨剥离法、化学气相沉积法、模板法和生物质原料法。在用生物质制备石墨烯的同时，研究者也在设法利用模板法制备出孔洞结构良好的碳材料。SiO₂模板能够制备出性能优秀的多孔石墨烯超级电容器电极材料。稻壳因为自身含有SiO₂，同时也可以作为碳源，在高温进行碳化的过程中，因为SiO₂模板的存在，使得制备的碳材料具有一个良好的孔洞结构，在电化学上展现出优秀的性能。因此，选择一种有效的制备方式，将稻壳转变成高性能的超级电容器碳材料是亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高体积比容量的稻壳基类石墨烯多孔碳材料的制备方法，与现有技术相比，该制备方法工艺简单、原料来源广、成本低，得到的类石墨烯多孔碳材料具有大的体积比容量和比电容。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高体积比容量的稻壳基类石墨烯多孔碳材料的制备方法，包括如下的步骤：

(1)按照镍元素与稻壳的质量比为0.03～0.06:1的比例，将稻壳浸泡于镍盐溶液中，搅拌，干燥后得到稻壳-镍盐混合物；

(2)将稻壳-镍盐混合物于700℃下碳化，得到的碳化产物以RHNi-700表示；接着使用酸液浸泡去除RHNi-700中的镍盐颗粒，清洗，干燥后，得到的前驱体以RHNi-700A表示；

(3)按照1:3～5的质量比将RHNi-700A与碱溶于水中，混合均匀后干燥；接着在惰性气体氛围下，将干燥后的混合物升温活化，即得到所述稻壳基类石墨烯多孔碳材料。