[发明专利]高性能生物质基碳质电极材料的制备方法

说明书

本发明公开一种高性能生物质基碳质电极材料的制备方法。本发明制备方法依次包括以下步骤：第一步，采用N‑甲基吗啉‑N‑氧化物水溶液浸泡溶胀生物质粉末、生物质纤维纸或布；第二步，将生物质粉末、生物质纤维纸或布冷冻，使其中含有的水冻结形成冰晶；第三步，冷冻状态下进行干燥；第四步，干燥后进行高温烧结；第五步，将烧结产物冷却；第六步，制得高性能生物质基碳质电极材料。浸泡采用的N‑甲基吗啉‑N‑氧化物水溶液中最好还含有水溶性过渡金属盐、活化剂和掺杂剂中之至少一种。在第三、第四步之间还可采用水溶性过渡金属盐、活化剂和掺杂剂的水溶液浸泡。本发明制备方法简便易行，制备的电极材料电化学性能优异。

技术领域

本发明涉及一种电极材料的制备方法，特别涉及一种高性能生物质基碳质电极材料的制备方法，属于超级电容器和电池用电极领域。

背景技术

碳材料作为超级电容器和电池用电极，具有稳定和长寿命的优点，但是石墨烯和碳纳米管价格高昂。采用低廉途径获得高性能的超级电容器和电池用碳质电极材料，成为研究开发的热点。生物质价格低廉、环境友好、可再生等优点，可大规模廉低获得，因此基于生物质的碳基电极材料具有广泛的应用前景。但是，目前以生物质碳化获得碳基电极材料的制备过程复杂，特别是电化学性能并不理想。如何通过简单的方法，获得优异电化学性能的高性能生物质基碳质电极材料，目前仍然是难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备电化学性能优异的高性能生物质基碳质电极材料的简单的方法。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种高性能生物质基碳质电极材料的制备方法，依次包括以下步骤：

第一步，采用N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液浸泡溶胀生物质粉末；

第二步，将溶胀有N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液的生物质粉末冷冻，使其中含有的水冻结形成冰晶；

第三步，将冷冻后的生物质粉末在冷冻状态下进行干燥；

第四步，将干燥后的生物质粉末进行高温烧结；

第五步，将烧结产物冷却；

第六步，制得高性能生物质基碳质电极材料。

一种高性能生物质基碳质电极材料的制备方法也可以是依次包括以下步骤：

第一步，采用N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液浸泡溶胀生物质纤维，将溶胀有N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液的生物质纤维制成纸；或者采用生物质纤维制成纸，采用N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液浸泡溶胀生物质纤维纸；或者采用N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液浸泡溶胀生物质纤维布；

第二步，将溶胀有N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液的生物质纤维纸或布冷冻，使其中含有的水冻结形成冰晶；

第三步，将冷冻后的生物质纤维纸或布在冷冻状态下进行干燥；

第四步，将干燥后的生物质纤维纸或布进行高温烧结；

第五步，将烧结产物冷却；

第六步，制得高性能生物质基碳质电极材料。

本发明高性能生物质基碳质电极材料的制备方法中，第一步浸泡采用的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液中N-甲基吗啉-N-氧化物的质量浓度最好30％以下。

本发明高性能生物质基碳质电极材料的制备方法中，可以重复第一步至第三步。

本发明高性能生物质基碳质电极材料的制备方法中，第四步高温烧结过程包含有以下烧结条件：在惰性气氛下600～1100℃之间烧结1～4小时。

本发明高性能生物质基碳质电极材料的制备方法中，在第五步与第六步之间，还可以采用酸浸泡烧结产物。