[发明专利]一种新型高储能性能多孔碳材料的制备及其应用

说明书

本发明公开了一种新型高储能性能多孔碳材料，由酒糟衍生制备，先将酒糟经低温预碳化得到碳前驱体，再将碳前驱体和碱性无机物直接混合煅烧得到酒糟衍生多孔碳材料，所得材料呈蜂窝状且比表面积范围在1000‑4000 m² g^‑1；所述酒糟的发酵方法为全程半固态半液态发酵；所述酒糟为三花酒酒糟。其制备方法包括以下步骤：1）碳前驱体的制备，经烘干、研磨低温预碳化制得碳前驱体；2）酒糟衍生多孔碳材料的制备，经研磨混合、煅烧、浸泡、洗涤、过滤、烘干、研磨制得酒糟衍生多孔碳材料。

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，具体涉及一种新型高储能性能多孔碳材料的制备及其应用。

背景技术

随着全球高速发展，对能源的需求日益增加，寻找一种绿色、环保的储能设备储存可再生能源，实现能源升级，已经迫在眉睫。超级电容器又称电化学电容器，是一种新型的电化学能量转换和储能器件，具有功率密度大、循环寿命长、使用温度范围宽等特点。近年来，超级电容器在理论研究与实际应用中均取得了重大进步，但仍面临着能量密度不足和生产成本高的问题。电极材料是超级电容器的核心部件，对超级电容器性能起至关重要的作用。

于超级电容器而言，性能问题毫无疑问是研究人员关注的焦点，但在环境问题日益突出的今天，是否绿色环保，是否价格低廉等也是也是大家关注的要点，基于高分子导电聚合物的电容器材料具有较高的比电容，但是其原料及产物有毒、有污染，对人体和环境均不好，且稳定性差，聚合条件苛刻不易控制等，如聚苯胺不仅需要在冰浴条件下而且还需加入盐酸、高氯酸等强酸。

生物质材料具有以下优点：1、生物质材料本身具有来源广泛、价格便宜、环境友好的优点；2、生物质材料制备的多孔碳材料普遍具备导电性好、比表面积大、化学性质稳定的优点；3、各种元素丰富，在多孔碳材料中形成杂元素，这些元素增加了材料的表面润湿性以及材料和电解液之间的接触面积，提高了赝电容效应， 有利于提高超级电容器材料的比电容。因此，采用生物质材料制备碳材料是提高超级电容器性能的有效方法之一。

现有技术Tang等人《A Novel Porous N- and S-Self-Doped Carbon Derivedfrom Chinese Rice Wine Lees as High-Performance Electrode Materials in aSupercapacitor. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2019.》提供的技术方案为：直接用现买的糯米为原料，经一步碳化制备了生物衍生类多层石墨烯低维碳材料，获得比电容在0.5Ag^-1下达289.9F g^-1的技术效果。该方法制备方法证实了上述生物质材料所具备的优点，但是存在以下技术问题：1、材料本身存在的不足，具体为，该方法选用的生物质材料为糯米，由于糯米并不具备特定的微观形貌，且未经特殊处理，所制得的碳材料比表面积仅为1371.5m²g^-1，导致比电容性能较低；2、糯米作为粮食作物，本身具有较高的经济价值，市场价格超过5元/500 g，且涉及国家粮食安全问题，并不具备采用“废弃”生物质材料制备碳材料，实现“变废为宝”的特点。

针对上述问题，申请人认为，采用发酵的方法对以糯米为代表的生物质材料进行处理，可以有效解决上述问题：1、通过发酵过程可以产生气体，实现材料造孔效果；2、根据申请人其他研究工作成果发现，发酵过程产生的酵母细菌，由于自身具备球体的特定形貌，以及碳化过程中形成的壳核结构，可以有效提高比电容性能。