[发明专利]一种超级电容器用生物质多孔碳的制备方法及其应用

说明书

本发明公开一种超级电容器用生物质多孔碳的制备方法及其应用，属于超级电容器电极材料制备领域，本发明以罗汉果壳为碳源，KOH、尿素为活化剂，采用高温炭化方法制备具有性能优异水系超级电容器电极材料。此类多孔碳材料具有多孔结构和较大的比表面积为电化学反应提供有效活性位点，有利于电解液浸润和载流子在电极材料内部传输和迁移，提高此碳基材料的电化学性能。本发明方法制作流程简单、可靠、绿色环保，具有优异的双层电容器特征、高能量密度与功率密度、使用过程无毒性无危害、循环使用寿命长的特点，是一种理想的超级电容器电极材料，在中性水系超级电容器领域上有着广大的应用前景。

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料领域，特别是涉及一种超级电容器用生物质多孔碳的制备方法及其应用。

背景技术

随着科学技术的日益发展，现代科技社会需要储存和使用不同规模的能源，因此需要设计大大小小的能源系统，其中电能储存系统在过去几十年引起了人们极大的兴趣。

超级电容器又称超级电容或电化学双层电容器，是一种功率密度高、充放电速度快、使用寿命长的储能器件。超级电容器由于具有高能量密度和功率密度以及优秀的循环性能等而成为了快速和高功率能量储存系统领域的首要选择。超级电容器中的电极材料对超级电容器的性能起到至关重要的作用，因此，实现超级电容器广泛应用的重中之重是制备和开发高性能的电极材料。当需要高速率的电能输送或吸收时，它可以在电能存储和收集应用中补充或替代电池。小型超级电容器可以与微电子设备集成，作为独立的电源或高效的能源存储单元，作为电池和能源收割机的补充，从而使这些设备在许多行业得到更广泛的应用。

各种炭材料已被研究成为超级电容器极具发展前景的材料，生物质多孔炭材料在超级电容器中得到了广泛的应用。生物质主要由木质素，半纤维素和纤维素组成。在常用的结构模型中，纤维素由微纤维在氢键的作用下紧密结合形成的纤维束组成，半纤维素无规律的穿插在纤维束间，木质素则在半纤维素外无规则分布。由于木质素和半纤维素分布的无序性，生物质碳材料的形貌和孔隙分布往往表现出无规律性，严重影响生物质碳材料的循环性能和倍率性能。CN108010749A公开了一种基于海带生物质炭超级电容器电极材料的制备方法，以海带粉末经二次碳化得到的生物质碳，其质量比电容为230F/g；CN106587055A公开了一种生物质基多孔碳材料及制法与在超级电容器中的应用，以水稻秸秆经各种活化后得到的生物质碳，其质量比电容在179～280F/g之间；CN105788876A公开了一种制备生物质多孔氮掺杂碳材料的工艺以及超级电容器电极的制备方法，使用氨气及水蒸气对于生物质进行活化及氮掺杂，所得生物质碳最大质量比电容为340F/g。由于炭材料的不同形式，超级电容器电极的设计也不尽相同。在对储能材料安全性能日益苛刻的条件下，以绿色生物质炭材料为主的水系超级电容器领域受到了许多科研工作者的广泛研究。

受限于生物质本身的结构特性，已报道生物质存在孔结构不规律，比表面积较小，掺杂原子含量少，比容量低等问题。因此，寻找一种通过优化生物质结构实现温和过程碳化得到规则孔隙分布、高原子掺杂量和高比容量碳材料的新方法迫在眉睫。

受限于生物质本身的结构特性，已报道生物质存在孔结构不规律，比表面积较小，掺杂原子含量少，比容量低等问题。因此，采用廉价的废弃物原料和简单的合成技术制备具有优异电化学性能的水系超级电容器电极材料对于其在电化学储能领域的应用具有重大的意义。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种超级电容器用生物质多孔碳的制备方法及其应用。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种超级电容器用生物质多孔碳的制备方法，包括以下步骤：

(1)将罗汉果壳粉碎至细颗粒，干燥；

(2)将粉碎干燥后的罗汉果壳与KOH、尿素混合，加入蒸馏水搅拌均匀，干燥完全；