[发明专利]一种生物质储能材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种生物质储能材料及制备方法，包括类石墨烯氮掺杂碳材料及木质素磺酸盐材料，所述类石墨烯氮掺杂碳材料为片层状结构，所述木质素磺酸盐材料负载于所述类石墨烯氮掺杂碳材料片层之间。本发明所述的生物质储能材料以木质素磺酸盐为储能基质，以类石墨烯氮掺杂碳材料为导电基质，木质素磺酸盐含有醌/氢醌基团，具有电化学氧化和还原特性，类石墨烯氮掺杂碳材料具有高比表面积和良好的导电性，类石墨烯的片层结构为木质素磺酸盐提供良好接触，氮原子的掺杂在提供类石墨烯材料的导电性，促进电子传输，由于类石墨烯氮掺杂碳的导电与木质素磺酸盐电化学氧化还原的协同作用，使得生物质储能材料获得高的储能密度和储能效率。

技术领域

本发明属于储能材料领域，尤其是涉及一种生物质储能材料及制备方法。

背景技术

近年来，由于现代生活对能源需求的快速增长，导致能源危机日益严重，为了应对这些问题，高性能储能设备的开发取得了快速的进展。近年来，人们对生物质基材料储能器件的开发产生了新的兴趣。

木质素源于森林，也是纸浆工业加工和燃料生产的副产品，被认为是最有前途的生物聚合物之一。木质素是由无定形、多相、高交联的酚醛聚合物组成。目前使用的主要木质素分离工艺是亚硫酸盐法、硫酸盐法等，其中通过亚硫酸盐法生产的木质素磺酸盐具有磺酸基团、羟基、羧基等基团。在能量储存方面，木质素磺酸盐含有大量的醌/氢醌基团，这些基团可以在双电子过程中被电化学氧化和还原。由于木质素磺酸盐是不导电的，因此需要导电基质与木质素磺酸盐复合，将电荷带到木质素磺酸盐的醌/氢醌氧化还原位点，并使电荷在木质素磺酸盐内储存。在这个方向上，导电聚合物、碳纳米管等已作为导电基质与木质素磺酸盐复合，然而这些复合材料在导电性、储能密度和储能效率方面仍有待提高。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种生物质储能材料及制备方法，以木质素磺酸盐为储能基质，以类石墨烯氮掺杂碳材料为导电基质，提高储能材料的储能密度及储能效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种生物质储能材料，包括类石墨烯氮掺杂碳材料及木质素磺酸盐材料，所述类石墨烯氮掺杂碳材料具有类似石墨烯的结构，为片层状结构，是一种具有氮原子掺杂的碳材料，氮以吡啶态氮、吡咯态氮存在，所述木质素磺酸盐材料负载于所述类石墨烯氮掺杂碳材料片层之间。

进一步地，所述类石墨烯氮掺杂碳材料中氮的物质的量百分比为3％-8％，例如可以是3％、4％、5％、6％、7％、8％。

进一步地，所述类石墨烯氮掺杂碳材料的比表面积为400-900m²/g，例如可以是400m²/g、500m²/g、600m²/g、700m²/g、800m²/g、900m²/g，厚度为0.1-3μm，例如可以是0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、1μm、2μm、3μm，厚度不宜过小或过大，过小不利于材料的稳定性，过大不利于电荷转移与电子传输。

如上所述的生物质储能材料的制备方法，包括以下步骤：

将木质素磺酸盐与水混合形成木质素磺酸盐溶液，将木质素磺酸盐溶液与类石墨烯氮掺杂碳材料混合得到悬浊液，将悬浊液固液分离、干燥后得到生物质储能材料。

进一步地，所述类石墨烯氮掺杂碳材料的制备方法包括以下步骤：

将三聚氰胺、聚乙烯吡咯烷酮、氯化铵混合，加入溶剂球磨均匀后，得到浆料，将浆料A干燥后得到的固体在空气气氛下焙烧，得到类石墨烯氮掺杂碳材料。