[发明专利]一种锂-钠离子复合多孔碳基材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种锂‑钠离子复合多孔碳基材料及其制备方法和应用，所述方法包括如下步骤：步骤1，将脱木质素的木材浸泡在KOH溶液中，之后取出进行碳化处理，得到碳化的管壁多孔木材；步骤2，将碳化的管壁多孔木材浸泡在氯化锂溶液中，得到生长有氯化锂的木材；步骤3，在生长有氯化锂的木材上滴加硼氢化钠溶液，待不再有气泡产生后去除水分，得到锂‑钠离子复合多孔碳基材料，具有高比电容，高的循环寿命和高稳定性的特点。该锂‑钠离子复合多孔碳基材料在制备电容器中的应用，在隔膜的两个表面贴合放置两块电极材料，将电解液滴加到隔膜中，可完成电容器的组装。

技术领域

本发明属于Li-Na金属离子能源技术领域，具体为一种锂-钠离子复合多孔碳基材料及其制备方法和应用。

背景技术

传统的锂离子电池已经无法满足人们对于电池能量密度的需求，而Na⁺作为全部碱金属离子中具有最高的氧化还原电势，碱金属Li-Na复合电池具有超高理论比容量和超高能量密度，因而有望替代现有的锂离子电池技术。

超级电容器具有容量配置灵活、易于实现模块化设计、循环使用寿命长、工作温度范围宽、环境友好、免维护等优点。燃料电池中最清洁的能源为氢能，氢能为最清洁，最安全的能源，通过燃料电池将氢能转化为电能是更加可取、安全高效的氢能利用方式。以氢气为基本原料，燃料电池为换能装置，通过氢与氧化剂的反应而产生氢能，本质上氢能的产生即为电解水产生氢气的逆向变化过程，把氢和氧分别供给阴极和阳极，氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阳极。氢燃料电池的工作原理和方式完全不同于内燃机，内燃机是通过燃烧放出热能而产生动力，而氢燃料电池的发电过程，是将氢的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，能量转换率可达60％至80％，而且污染少，噪声小，装置可大可小，具有很好的灵活性。

碳化的木材本身具有大量的碳元素以及自然微孔结构，可应用于碳基电容器材料中，但在实际应用中自身大量的碳元素并没有达到高的质量比利用，并且自身微孔呈不规则排布，因此有必要制备出多孔且孔道排列规则的碳化木材，以进一步提高碳材料的质量比利用率。再者，金属离子锂和钠加入到碳材料中不仅能提高整体材料的氧化还原电势，在引入赝电容的同时，能与双电层的碳材料形成强的协同作用，并且生成的晶体通过与水反应能进行储氢，因此，很有必要将Li-Na双电层与赝电容相结合，制备可供超级电容器与氢燃料电池材料使用的具有高比电容，高的循环寿命、高稳定性的锂-钠离子复合多孔碳基电极材料。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种锂-钠离子复合多孔碳基材料及其制备方法和应用，制备了可供超级电容器与氢燃料电池使用的具有高比电容，高的循环寿命、高稳定性的Li-Na离子复合多孔碳基电极材料。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种锂-钠离子复合多孔碳基材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将脱木质素的木材浸泡在KOH溶液中，之后取出进行碳化处理，得到碳化的管壁多孔木材；

步骤2，将碳化的管壁多孔木材浸泡在氯化锂溶液中，得到生长有氯化锂的木材；

步骤3，在生长有氯化锂的木材上滴加硼氢化钠溶液，待不再有气泡产生后去除水分，得到锂-钠离子复合多孔碳基材料。

优选的，步骤1所述的脱木质素的木材按如下方式得到，

先沿孔道方向将木片裁剪成厚为0.5-1cm的长方体，裁剪后木片的长和宽均为3-5cm，然后进行脱木质素，得到脱木质素的木材。

优选的，步骤1中所述的脱木质素的木材在0.5-1.2mol/L的KOH溶液中浸泡20-180min。

优选的，步骤1中所述的碳化在550-700℃下进行0.5-3h。

进一步，步骤1在碳化时以5-10℃/min的升温速率升温至所述温度。