[发明专利]一种采用生物油制备超级电容器炭材料的方法

说明书

本发明公开了一种采用生物油制备超级电容器炭材料的方法，制备方法如下：首先以生物油为碳前驱体，四水合乙酸镁为模板剂，制成生物油与模板剂的混合物；然后在惰性气体气氛下对混合物进行高温炭化得到炭化产物MgO/C，并对其进行酸洗；最后，经抽滤、去离子水洗涤、干燥后便得到生物油基多孔炭。相较于活化法制备生物质基多孔炭，本发明更容易实现对多孔炭形貌、结构与孔径分布的精准调控，产物具有较高的比电容和优异的倍率性能。以6M KOH为电解液，在0.5A/g电流密度下，其比电容高达344F/g。在50A/g时，其比电容保持为182F/g。

技术领域

本发明涉及电化学与新能源材料的制备方法，特别涉及一种采用生物油制备超级电容器炭材料的方法。

背景技术

超级电容器，以其高功率密度、快速充放电、超长循环寿命、装置简单、稳定性好等特点被广泛应用于数码设备、电动汽车、可穿戴设备等领域，是一种环保的新型储能器件。多孔碳材料具有比表面积高、导电性好、化学稳定性高等特点，被广泛应用于超级电容器电极材料。

多孔炭的制备原料丰富多样，近年来，以储量丰富、成本低廉、环保、可再生的生物质为原料制备多孔炭的研究引起了全世界学者的广泛关注。文献[J.Han，J.H.Lee et al.，J.Electrochem.Sci.Technol.2018，9，157-162]报道了以农业废弃物麦秆为原料通过化学活化法制备多孔炭的方法，所得多孔炭比表面积高达2327m²/g，比电容为127F/g。然而，通过活化法制备的生物质基多孔炭通常存在倍率性能差的问题，这是因为活化法制得的多孔炭通常存在孔径分布不均，介孔和大孔结构不发达等问题。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种采用生物油制备孔径分布均匀且具有优异电化学性能的生物油基多级孔炭的方法。

技术方案：本发明提供一种采用生物油制备超级电容器炭材料的方法，包括如下步骤：

(1)生物油的制备：取干燥的生物质原料置于固定床中，在惰性气体气氛下进行热解，产生的气体经冷凝后得到生物油，备用；

(2)生物油与模板剂混合物的制备：取步骤(1)的生物油溶于乙醇溶液中，得到生物油乙醇混合溶液，再向混合液中加入模板剂，整体放入油浴锅中磁力搅拌，搅拌完成后取出，冷却至室温，得到生物油与模板剂的混合物，备用；

(3)生物油制备超级电容器炭材料的制备：取步骤(2)的混合物放入石英舟中，将石英舟置于管式炉内，通入惰性气体，升温后保持恒温，再自然冷却至室温，得到炭化产物；

(4)将炭化产物取出，经研磨、酸洗、抽滤、去离子水洗涤至中性、干燥，即可。

进一步地，所述步骤(2)中模板剂与生物油质量比为1∶1～3∶1。

进一步地，所述步骤(2)的模板剂为四水合乙酸镁。

进一步地，所述惰性气体为氮气。

进一步地，所述步骤(1)热解的条件为：温度为450℃～650℃，升温速率为15℃/min～50℃/min，保温时间为1h～2h，惰性气体流速为100mL/min～600mL/min。所述步骤(1)冷凝方式为：采用0℃冰水冷凝。可使绝大部分热解可冷凝气冷凝为生物油，实现生物油的有效收集。不同的热解温度、升温速率、惰性气体流速和保温时间是影响生物油组分和产率的重要影响因素，本发明选取温度区间为450℃～650℃，升温速率区间为15℃/min～50℃/min，保温时间区间为1h～2h，可使生物油产率较高(约40％～60％)且具有较优的品质。