[发明专利]一种基于蚕砂生物质碳基材料的超级电容器电极制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种基于蚕砂生物质碳基材料的超级电容器电极制备方法及应用，我们以蚕砂作为前驱体，采用直接碳化法和水热法制备出了不同种类的杂原子掺杂碳材料。用XRD、SEM和BET等表征方法对制备的复合电极材料进行系统的结构表征。该方法制备的生物质碳基材料具有良好的电化学性能，具有高比电容的同时也保持着很高的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种生物碳材料，属于无机功能材料和电化学能源技术领域，具体是指一种基于蚕砂生物质碳基材料的超级电容器电极制备方法。

背景技术

在能源需求巨大的今天，传统的化石燃料由于其环境污染性，不可再生性已经不能满足人们的需求。新能源技术应运而生。其中超级电容器因为其良好的储能性引起了人们的注意。相比较传统电池使用寿命短、温度稳定性差、环境污染、高昂的成本等缺点，超级电容器以其优秀循环稳定性，良好储能性已经开始出现在工业生产中。

为了得到符合预期要求的超级电容器，材料的选择和后期加工处理就尤为重要。西北师范大学王荣方等人将生物质材料洗净、切碎、自然风干后，在氮气保护碳化，研磨粉碎后依次用硝酸溶液、FeCl₃溶液进行活化处理，洗涤至中性，干燥；加入氧化物作为模板，搅拌反应15～30min，干燥后球磨；然后在氮气保护，500～1000℃下二次碳化2～3h；最后加入HF溶液，搅拌20～24h以去除氧化物模板；再用去离子水洗至中性，干燥，即得高比表面生物质碳材料。但合成过程复杂，不易大量生产。因此我们需求满足低成本，易得，环保的材料。生物质材料因为其廉价易得引起我们的注意。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碳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以基于蚕砂生物质碳基材料的超级电容器电极的制备方法，该方法制备的生物质碳基材料具有良好的电化学性能，具有高比容值的同时也保持着很高的循环稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于蚕砂生物质碳基材料的超级电容器电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将蚕砂放置在研钵内研磨至细微粉末状颗粒；

(2)将所述步骤(1)中蚕砂粉末放入瓷舟中，惰性气氛下，高温煅烧,得到蚕砂生物质碳基材料；

(3)将所述步骤(2)中惰性气氛可以是氮气、氩气、氦气等；

(4)将所述步骤(2)中的煅烧温度为600℃、800℃、900℃或1000℃。

(5)将步骤(2)所得到的蚕砂生物质碳基材料和乙炔黑以及PTFE按照8：1：1的质量比用研钵充分混合，用0.5-2mL乙醇溶液进行溶解，充分研磨均匀，然后将混合好的原料涂布在泡沫镍片上，并放于红外线照射灯下10-20min烘干，将泡沫镍放置在压片机下压片处理，再将镍片置于装有5-7mol/L氢氧化钾溶液的称量瓶中浸泡10-12h，得到超级电容器电极。

进一步地，所述的步骤(5)中所述的泡沫镍片上材料的有效质量为2-4mg，涂布面积为1cm²。

进一步地，所述的步骤(5)中蚕砂：氢氧化钾＝1:0.1-2

进一步地，所述的步骤(4)中管式炉的温度为900℃，所述的步骤(5)中蚕沙：氢氧化钾＝1:0.25时，制得的蚕砂生物质碳基材料比表面积最大。

本发明还涉及一种通过上述制备方法得到的蚕砂生物质碳基材料超级电容器电极。