[发明专利]一种超级电容器用糠醛树脂基多孔碳电极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种超级电容器用糠醛树脂基多孔碳电极材料的制备方法，属于新能源电子材料技术领域。天然生物质基碳材料能量密度相对较低，不能满足实际应用的需要。由水热法制得糠醛树脂，其制备工艺为：称取7 g FeCl_3˙6 H₂O溶于80 ml去离子水，待其溶解后，加入4 ml糠醛溶液，磁力搅拌至体系均匀后转移至反应釜内，在160 ^oC下水热3 h。冷却室温后，抽滤、洗涤。干燥后进行活化碳化，过量酸洗并干燥。制备得到的超级电容器用糠醛树脂基多孔碳电极材料，比表面积高达1282 m² g^‑1，在1 A g^‑1时，比电容值为260 F g^‑1，10 A g^‑1时的电容保持率达到70%，电化学性能优异。本发明制备得到糠醛树脂基多孔碳材料成本低廉、比表面积高、综合性能优异，具有高的实际应用价值。

技术领域

本发明属于新能源电子材料技术领域，涉及一种超级电容器用糠醛树脂基多孔碳电极材料的制备方法。

背景技术

随着环境污染的不断加剧和不可再生化石燃料的急剧枯竭所引发的能源危机，开发超级电容器、锂离子电池等高性能储能系统，以满足日益增长的可持续能源需求势在必行。超级电容器是最有前途的储能设备之一，适用于汽车、电子和能源系统。超级电容器的充/放电率高，可与燃料电池相结合，以提供高能量的产品。作为超级电容器的关键部件之一，电极材料的选择尤为重要。从可持续、环境和经济的角度来看，相比于煤和化石油中提取的碳材料，从丰富的、可再生的、低成本的天然生物质材料表现出更有前景和实用价值。

糠醛由含聚戊糖的植物以稀硫酸水解并进行水蒸汽蒸馏即可得到，广泛存在于许多天然化合物中，例如玉米芯、棉籽壳、稻壳、甘蔗渣等。其中糠醛自缩聚产物—糠醛树脂（Furfural Resin，简称FR）因含有大量杂环碱性氮及共轭不饱和大π键体系，所以能够提供丰富的离域电子及稳定的体型结构，展现出其他生物质基材料无法达到的优异特性。其具有的化学及热稳定性，决定了糠醛树脂碳化后可保持原有的球形形貌及结构特征，尤其是对维持分级多孔结构、减少杂原子的热损失率，展现出更显著的优势。这一系列结构优势促使糠醛树脂基衍生碳可作为超级电容器电极材料，应用前景广阔。为了进一步开发糠醛树脂在超级电容器中的应用，我们深入研究了其电化学性能。（周林成, 李彦锋, 门学虎,等. 糠醛系功能高分子材料的研究进展[J]. 功能材料, 2005, 36(4):499-502.）

为了提高基于糠醛树脂基衍生碳材料的超级电容器的电化学性能，一种典型而有效的策略是，采用KOH活化碳化法，结合丰富的微孔、中孔，制备出具有高离子可达表面积，高比电容的分级多孔结构的生物质基碳电极材料。（Liu F, Wang Z, Zhang H, et al.Nitrogen, oxygen and sulfur co-doped hierarchical porous carbons toward high-performance supercapacitors by direct pyrolysis of kraft lignin[J]. Carbon,2019, 149: 105-116.）本发明以糠醛为原料，来源丰富，价廉易得，可再生。通过水热法制备得到糠醛树脂，其衍生碳作为超级电容器电极材料，比表面积高达1282 m² g^-1，有着优异的电化学性能。在1 A g^-1时，比电容值为260 F g^-1，10 A g^-1时的电容保持率达到70%，应用潜力巨大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种方法简单、具备微孔的一种糠醛树脂基多孔碳材料的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种超级电容器电极材料，该电极材料由FeCl_3˙6 H₂O催化糠醛溶液自缩聚而成。