一種高能量密度和功率密度碳材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高能量密度和功率密度碳材料的制備方法，其屬于材料技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]碳材料具有大的比表面積和發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性能，物理及化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，主要用作催化劑載體、水質(zhì)凈化、儲(chǔ)氫、環(huán)境保護(hù)、膜分離、化工分離、醫(yī)藥中間體等。高比表面積的碳材料在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、日常生活和國(guó)防建設(shè)中都起著重要作用。近年來(lái)，碳材料在超級(jí)電容器中也得到了廣泛的應(yīng)用，活性炭因價(jià)格低廉、比表面積高、導(dǎo)電性好、電化學(xué)性能穩(wěn)定，成為了制備超級(jí)電容器電極的重要材料，這對(duì)于研發(fā)既有良好的功率特性又有較高的比電容的超級(jí)電容器有著十分重要的意義。碳材料的來(lái)源有木肩、植物秸桿、椰殼、各種果核等農(nóng)副產(chǎn)品，以及以石油、煤等材料。植物原料具有較高的碳含量、易活化、有機(jī)質(zhì)含量低、原料成本低、來(lái)源廣、可再生等條件，有解決了植物廢料的處理問(wèn)題，成為了學(xué)術(shù)上研究的熱點(diǎn)。目前以淀粉為原料制備的碳材料具有產(chǎn)率高、成本低、工藝簡(jiǎn)單、單分散、粒徑可調(diào)、可控等優(yōu)點(diǎn)。而且淀粉本身是一種典型的天然高分子化合物，是一種可再生的能源。用淀粉制造具有特殊功能的新材料，一直以來(lái)是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界感興趣的課題。這一方面是由于淀粉資源豐富、價(jià)格低廉；另一方面是由于淀粉的可降解性，在全世界都特別重視環(huán)境治理的今天顯得尤為重要。其中LeiZiqiang(B1resource Technology)等用馬鈴薯廢渣制備氮參雜的多孔碳，其制備的碳材料的電容性能為255F g 1O).5A/g)。以淀粉為碳源制備的碳材料中具有較高的能量密度和功率密度很少見(jiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的特點(diǎn)在于提供一種高能量密度和功率密度碳材料的制備方法。其生產(chǎn)成本較低并且對(duì)環(huán)境安全無(wú)害，是理想的制備碳材料的方法。并且此碳材料具有較高的比容量，進(jìn)而具有較高的能量密度和功率密度。
[0004]本發(fā)明所述的一種高能量密度和功率密度碳材料的制備方法，是通過(guò)控制淀粉的量，緩沖溶液的濃度，來(lái)調(diào)配一定的PH值范圍，在一定的水浴溫度下攪拌一定的時(shí)間，過(guò)濾，干燥，乙醇洗滌，在一定的碳化溫度，碳化時(shí)間，升溫速率下，獲得相對(duì)應(yīng)的碳材料；通過(guò)控制電解質(zhì)溶液的選擇，電流密度，操作電壓等參數(shù)，來(lái)獲得具高能量密度和功率密度電容器的電極材料。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案:一種高能量密度和功率密度碳材料的制備方法，包括下列步驟:
[0006]1.把淀粉，碳酸鈉和碳酸氫鈉的緩沖溶液，混合置于三口燒瓶中，經(jīng)水浴攪拌，過(guò)濾，乙醇洗滌，干燥，碳化，酸洗和水洗，即可得到碳材料；將所獲得的碳材料經(jīng)研磨，超聲分散，對(duì)輥機(jī)壓片，電解液的浸泡，封口機(jī)封口工藝可制得具有較高性能的電容器的電極材料；
[0007]2.所述的高能量密度和功率密度碳材料的制備方法，淀粉包括玉米淀粉、土豆淀粉、馬鈴薯豆淀粉以及可溶性淀粉；
[0008]3.所述的高能量密度和功率密度碳材料的制備方法，水浴的溫度為40-70°C，攪拌時(shí)間為8_30h ;
[0009]4.所述的高能量密度和功率密度碳材料的制備方法，乙醇洗滌兩次；
[0010]5.所述的高能量密度和功率密度碳材料的制備方法，碳化升溫速率為1°C/min，碳化溫度為800°C，保溫時(shí)間為l_14h ;
[0011]6.所述的高能量密度和功率密度碳材料的制備方法，電解液為KOH溶液，其操作電壓為1.6Vo
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為實(shí)施例1制備的的碳材料的循環(huán)伏安曲線(CV)。
[0013]圖2為實(shí)施例2制備的的碳材料的CV曲線。
[0014]圖3為實(shí)施例3制備的的碳材料的CV曲線。
[0015]圖4為實(shí)施例4制備的的碳材料的CV曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1
[0017]稱量可溶性淀粉3g，混合溶于10ml的碳酸鈉和碳酸氫鈉的緩沖溶液，調(diào)節(jié)pH =10，磁力攪拌混合均勻，再機(jī)械攪拌15h，抽濾，用蒸餾水和乙醇多次沖洗，先恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)55°C干燥5h，然后在真空干燥箱內(nèi)80°C干燥12h，之后在管式爐內(nèi)碳化，碳化溫度為800°C，并以1°C /min升溫，并保溫6h，即最終獲得的碳材料，其最終經(jīng)過(guò)研磨，超聲，壓片，封口，制得對(duì)稱的超級(jí)電容器，對(duì)所組裝的對(duì)稱電容器進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試。
[0018]實(shí)施例2
[0019]稱量可溶性淀粉3g，混合溶于10ml的碳酸鈉和碳酸氫鈉的緩沖溶液，調(diào)節(jié)pH =10，磁力攪拌混合均勻，再機(jī)械攪拌15h，抽濾，用蒸餾水和乙醇多次沖洗，先恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)55°C干燥5h，然后在真空干燥箱內(nèi)80°C干燥12h，之后在管式爐內(nèi)碳化，碳化溫度為800°C，并以1°C /min升溫，并保溫8h，即最終獲得的碳材料，其最終經(jīng)過(guò)研磨，超聲，壓片，封口，制得對(duì)稱的超級(jí)電容器，對(duì)所組裝的對(duì)稱電容器進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試。
[0020]實(shí)施例3
[0021]稱量可溶性淀粉3g，混合溶于10ml的碳酸鈉和碳酸氫鈉的緩沖溶液，調(diào)節(jié)pH =10，磁力攪拌混合均勻，再機(jī)械攪拌15h，抽濾，用蒸餾水和乙醇多次沖洗，先恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)55°C干燥5h，然后在真空干燥箱內(nèi)80°C干燥12h，之后在管式爐內(nèi)碳化，碳化溫度為SOO0C，并以1°C /min升溫，并保溫10h，即最終獲得的碳材料，其最終經(jīng)過(guò)研磨，超聲，壓片，封口，制得對(duì)稱的超級(jí)電容器，對(duì)所組裝的對(duì)稱電容器進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試。
[0022]實(shí)施例4
[0023]稱量可溶性淀粉3g，混合溶于10ml的碳酸鈉和碳酸氫鈉的緩沖溶液，調(diào)節(jié)pH =10，磁力攪拌混合均勻，再機(jī)械攪拌15h，抽濾，用蒸餾水和乙醇多次沖洗，先恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)55°C干燥5h，然后在真空干燥箱內(nèi)80°C干燥12h，之后在管式爐內(nèi)碳化，碳化溫度為SOO0C，并以1°C /min升溫，并保溫12h，即最終獲得的碳材料，其最終經(jīng)過(guò)研磨，超聲，壓片，封口，制得對(duì)稱的超級(jí)電容器，對(duì)所組裝的對(duì)稱電容器進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.本發(fā)明采用的技術(shù)方案:一種高能量密度和功率密度碳材料的制備方法，包括下列步驟:.1.把淀粉，碳酸鈉和碳酸氫鈉的緩沖溶液，混合置于三口燒瓶中，經(jīng)水浴攪拌，過(guò)濾，乙醇洗滌，干燥，碳化，酸洗和水洗，即可得到碳材料；將所獲得的碳材料經(jīng)研磨，超聲分散，對(duì)輥機(jī)壓片，電解液的浸泡，封口機(jī)封口工藝可制得具有較高性能的電容器的電極材料。.2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能量密度和功率密度碳材料的制備方法，其特征在于:淀粉包括玉米淀粉、土豆淀粉、馬鈴薯豆淀粉以及可溶性淀粉。.3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能量密度和功率密度碳材料的制備方法，其特征在于:水浴的溫度為40-70°C，攪拌時(shí)間為8-30h。.4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能量密度和功率密度碳材料的制備方法，其特征在于:乙醇洗滌兩次。.5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能量密度和功率密度碳材料的制備方法，其特征在于??碳化升溫速率為l°c /min，碳化溫度為800°C，保溫時(shí)間為l_14h。.6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能量密度和功率密度碳材料的制備方法，其特征在于:電解液為KOH溶液，其操作電壓為1.6V。
【專利摘要】本發(fā)明所述的一種高能量密度和功率密度碳材料的制備方法，是通過(guò)控制淀粉的量，緩沖溶液的濃度，來(lái)調(diào)配一定的pH值范圍，在一定的水浴溫度下攪拌一定的時(shí)間，過(guò)濾，干燥，乙醇洗滌，在一定的碳化溫度，碳化時(shí)間，升溫速率下，獲得相對(duì)應(yīng)的碳材料；通過(guò)控制電解質(zhì)溶液的選擇，電流密度，操作電壓等參數(shù)，來(lái)獲得具高能量密度和功率密度電容器的電極材料。
【IPC分類】H01G11/86
【公開(kāi)號(hào)】CN105161320
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510675560
【發(fā)明人】余建國(guó), 張艷勤, 戴堂明, 賈苗苗, 石文娟, 張青, 鄒義松, 覃發(fā)梅
【申請(qǐng)人】天津工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年10月19日