[发明专利]用于超级电容器电极材料的淀粉多孔碳微球的制备方法

说明书

用于超级电容器电极材料的淀粉多孔碳微球的制备方法，以淀粉为生物质碳源，用微乳液法结合溶胶‑凝胶法获得球型淀粉凝胶颗粒，将所得凝胶颗粒经硫酸脱水、氢氧化钾溶液浸泡后高温碳化和化学活化，制得用于超级电容器电极材料的多孔碳微球。

技术领域

本发明涉及用于超级电容器电极材料的淀粉多孔碳微球的制备技术。

背景技术

超级电容器具有环境友好、高功率密度、长循环寿命、快速充放电能力等优点，是下一代高功率储能电源的首选目标。多孔碳具有大的比表面积、高的电导率、丰富的孔径结构等优点，是目前已经实现商业化的超级电容器电极材料。然而，目前使用的多孔碳主要是由水稻壳、椰子壳、杏壳等生物质碳源经高温碳化和化学活化而制备得到。由于上述生物质碳源中含有Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺等离子，需对其进行除杂提纯才能获得高纯度的多孔碳材料，导致工艺复杂，制备成本高，难以实现商业化应用。因此，寻求低成本、高纯度的生物质碳源对降低超级电容器的成本和促进其商业化应用具有重要意义。淀粉是一种葡萄糖分子聚合物，不含无机杂质离子、纯度高且廉价，是制备高纯度多孔碳的理想生物质碳源。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于超级电容器电极材料的淀粉多孔碳微球的制备方法。

本发明是用于超级电容器电极材料的淀粉多孔碳微球的制备方法，以淀粉为生物质碳源，用微乳液法结合溶胶-凝胶法获得球型淀粉凝胶颗粒，将所得凝胶颗粒经硫酸脱水、氢氧化钾溶液浸泡后高温碳化和化学活化，制得用于超级电容器电极材料的多孔碳微球；

其具体步骤为：

（1）将淀粉按质量比1: 10溶于蒸馏水中，40℃水浴加热搅拌20 min；

（2）将正丁醇和环己烷按体积比1: 2.78混合均匀，将CTAB按质量体积比1: 9.34加入上述混合液中，搅拌10 min；

（3）将步骤（1）所得水相溶液搅拌下加入步骤（2）所得油相溶液，搅拌形成微乳液，水浴加热，淀粉在球形水核中形成球状淀粉溶胶颗粒；

（4）在步骤（3）所得微乳液中加入50mL蒸馏水，使微乳液破乳后收集水相，离心获得淀粉溶胶颗粒，干燥得淀粉凝胶颗粒；

（5）将所得淀粉凝胶颗粒加入10mL摩尔浓度为1.1 mol/L的硫酸溶液中，160℃烘箱中加热脱水6 h；

（6）将1 g脱水后的淀粉凝胶颗粒与摩尔浓度0.2~1.1 mol/L的KOH溶液混合均匀，80℃水浴加热搅拌30 min，80℃干燥2 h；

（7）将步骤（6）所得样品置于真空管式炉中惰性气体保护下700℃保温3 h，淀粉凝胶经碳化和KOH原位活化后形成多孔碳微球；

（8）步骤（7）结束后降温至室温，取出样品，研磨后用去离子水清洗至中性，80℃干燥12 h即得可用于超级电容器电极材料的多孔碳微球。

本发明以淀粉为碳源，采用微乳液法结合溶胶-凝胶法获得淀粉凝胶颗粒，经硫酸脱水氧化后用氢氧化钾浸泡，在淀粉凝胶颗粒被高温碳化的同时氢氧化钾对其原位活化，将传统碳材料制备方法中的高温碳化和化学活化相结合，一步制得用于超级电容器电极材料的高纯度多孔碳微球。本发明中的淀粉多孔碳微球制备方法具有成本低、工艺简单、原料丰富等优点，适合于大规模生产和应用。

具体实施方式

本发明是用于超级电容器电极材料的淀粉多孔碳微球的制备方法，以淀粉为生物质碳源，用微乳液法结合溶胶-凝胶法获得球型淀粉凝胶颗粒，将所得凝胶颗粒经硫酸脱水、氢氧化钾溶液浸泡后高温碳化和化学活化，制得用于超级电容器电极材料的多孔碳微球；

其具体步骤为：

（1）将淀粉按质量比1: 10溶于蒸馏水中，40℃水浴加热搅拌20 min；