一種輕金屬摻雜秸稈基炭電極材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及化學(xué)能源材料領(lǐng)域，特別是一種輕金屬摻雜秸桿基炭電極材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口的急劇增長(zhǎng)，人類所依靠的資源和能源日益枯竭，開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效的新能源是當(dāng)今世界解決這些問(wèn)題的重要課題。一方面，人們大力開(kāi)發(fā)風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能以及核能。另一方面，科學(xué)工作者們正積極開(kāi)發(fā)節(jié)能、高效儲(chǔ)能新設(shè)備。超級(jí)電容器即電化學(xué)電容器，是一種能量密度和功率密度介于傳統(tǒng)電容器和二次電池之間的新型儲(chǔ)能元件。超級(jí)電容器的出現(xiàn)使得電容器的電容達(dá)到法拉級(jí)別，是傳統(tǒng)電容器的20~200倍。其具有比功率高、能量密度大、充放電時(shí)間短和循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了二次電池功率低、壽命短以及傳統(tǒng)電容器能量密度低的缺點(diǎn)。另外，超級(jí)電容器的工作溫度范圍寬、安全和對(duì)環(huán)境無(wú)污染的特點(diǎn)，使其稱為現(xiàn)代新型，實(shí)用的儲(chǔ)能元件，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。為了保證超級(jí)電容器擁有良好的電化學(xué)性能，所選擇的電極材料必須容易在電極與電解液的界面產(chǎn)生較高的雙電層電容或者法拉第準(zhǔn)電容，并且擁有較好的力學(xué)性能和電子、離子導(dǎo)電性。在超級(jí)電容器的發(fā)展歷程中，人們使用了各種不同的電極材料，主要分為如下三類:炭材料、金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物。
[0003]我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，伴隨著各種農(nóng)作物成熟后秸桿產(chǎn)量更是多達(dá)7億多噸，除去將其用作燃料、建筑材料、飼料和肥料以及發(fā)電外，仍有60%的無(wú)法有效利用而遭廢棄，不僅造成了大量的生物質(zhì)能源浪費(fèi)，也對(duì)環(huán)境造成了一定的影響。所以本發(fā)明利用農(nóng)作物秸桿進(jìn)行炭化、活化等步驟制成活性炭，作為電極的材料，添加的輕金屬可以增加電容器的充電速度，節(jié)約時(shí)間，提高充電容量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種輕金屬摻雜秸桿基炭電極材料及其制備方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明通過(guò)以下方案實(shí)施:
一種輕金屬摻雜秸桿基炭電極材料，由下列重量份的原料制成:改性秸桿復(fù)合材料110-120、沸石粉2-3、輕金屬4-5、二氧化釕1_2、硬酯酸鈣1_2、高氯酸鋰2_3、次磷酸鎳1-2、十二烷基硫酸鈉1-2、粘結(jié)劑LA1321-2、去離子水適量；
所述改性秸桿復(fù)合材料是由下列重量份的原料制成:秸桿100-120、稀鹽酸溶液30-50、氯化鋅30-50、甲基三乙氧基硅烷1-2、鈦酸錳1_2、導(dǎo)電炭黑2_4、石墨烯2_4、煅燒高嶺土 15-25、過(guò)硫酸鉀0.5-0.8、超細(xì)玻璃纖維0.5-1 ;制備方法是(I)將秸桿粉碎成8_20目，用水清洗干凈后在100-120° C下干燥至恒重；(2)將秸桿原料與60%的氯化鋅按照I: 2-3的配比混合，攪拌均勻，浸漬24小時(shí)后放入馬弗爐中，在600-700° C溫度下活化I小時(shí)，然后經(jīng)水洗、過(guò)濾、干燥得到活性炭備用；(3)將煅燒高嶺土和活性炭加到稀鹽酸溶液中，于室溫下浸泡8-12小時(shí)，過(guò)濾，固體用蒸餾水洗滌至中性，濾液無(wú)氯離子檢出，真空干燥后研磨粉碎過(guò)200-300目篩；(4)將步驟(3)的產(chǎn)物和蒸餾水按照粉體重量:0.1:30-50的比例混合均勻，加熱至40-50° C，加入過(guò)硫酸鉀、甲基三乙氧基硅烷，攪拌均勻，再加入其余剩余物質(zhì)攪拌3-5小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)抽濾、干燥制得改性秸桿復(fù)合材料。
[0006]本發(fā)明所述一種輕金屬摻雜秸桿基炭電極材料，由以下具體的步驟制成:將十二烷基硫酸鈉、粘結(jié)劑LA132加到去離子水中，高速攪拌形成粘稠的液體，再加入稱量好的沸石粉、輕金屬、二氧化釕、硬酯酸鈣、高氯酸鋰、次磷酸鎳充分?jǐn)嚢?.5-1小時(shí)，再加入改性秸桿復(fù)合材料先高速攪拌1-2小時(shí)，再轉(zhuǎn)移到膠磨機(jī)中低速研磨得到200-400目的漿料，再將漿料均勻的涂布在集流體上，在溫度100-110° C下真空干燥8-12小時(shí)，取出后在1MPa的壓力下進(jìn)行壓片，裁剪后再次放入真空干燥箱內(nèi)90-100° C溫度下烘干至恒重即可。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明通過(guò)對(duì)作物秸桿炭化、活化和摻雜改性，制備出高活性、高比表面積的炭，添加的輕金屬可以增加電容器的充電速度，節(jié)約時(shí)間，提高充電容量，本發(fā)明的電極材料具有高容量、大倍率、長(zhǎng)循環(huán)等優(yōu)良特性。
[0008]具體實(shí)施方案
下面通過(guò)具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0009]一種輕金屬摻雜秸桿基炭電極材料，由下列重量份(公斤)的原料制成:改性秸桿復(fù)合材料110、沸石粉3、輕金屬4、二氧化釕1、硬酯酸鈣1、高氯酸鋰3、次磷酸鎳1、十二烷基硫酸鈉1、粘結(jié)劑LA1322、去離子水適量；
所述改性秸桿復(fù)合材料是由下列重量份(公斤)的原料制成:秸桿100、稀鹽酸溶液39、氯化鋅35、甲基三乙氧基硅烷1、鈦酸錳2、導(dǎo)電炭黑4、石墨烯3、煅燒高嶺土 20、過(guò)硫酸鉀0.7、超細(xì)玻璃纖維0.8 ;制備方法是(I)將秸桿粉碎成8-20目，用水清洗干凈后在100-120° C下干燥至恒重；(2)將秸桿原料與60%的氯化鋅按照1:2-3的配比混合，攪拌均勻，浸漬24小時(shí)后放入馬弗爐中，在600-700° C溫度下活化I小時(shí)，然后經(jīng)水洗、過(guò)濾、干燥得到活性炭備用；(3)將煅燒高嶺土和活性炭加到稀鹽酸溶液中，于室溫下浸泡8-12小時(shí)，過(guò)濾，固體用蒸餾水洗滌至中性，濾液無(wú)氯離子檢出，真空干燥后研磨粉碎過(guò)200-300目篩；(4)將步驟(3)的產(chǎn)物和蒸餾水按照粉體重量:0.1:30-50的比例混合均勻，加熱至40-50° C，加入過(guò)硫酸鉀、甲基三乙氧基硅烷，攪拌均勻，再加入其余剩余物質(zhì)攪拌3-5小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)抽濾、干燥制得改性秸桿復(fù)合材料。
[0010]本發(fā)明所述一種輕金屬摻雜秸桿基炭電極材料，由以下具體的步驟制成:將十二烷基硫酸鈉、粘結(jié)劑LA132加到去離子水中，高速攪拌形成粘稠的液體，再加入稱量好的沸石粉、輕金屬、二氧化釕、硬酯酸鈣、高氯酸鋰、次磷酸鎳充分?jǐn)嚢?.5-1小時(shí)，再加入改性秸桿復(fù)合材料先高速攪拌1-2小時(shí)，再轉(zhuǎn)移到膠磨機(jī)中低速研磨得到200-400目的漿料，再將漿料均勻的涂布在集流體上，在溫度100-110° C下真空干燥8-12小時(shí)，取出后在1MPa的壓力下進(jìn)行壓片，裁剪后再次放入真空干燥箱內(nèi)90-100° C溫度下烘干至恒重即可。
[0011]以所述實(shí)施例中制備的電極為工作電極，鋁箔為集電極，聚四氟乙烯為隔膜，1.0M三乙基甲基銨四氟硼酸鹽的乙腈溶液為電解液，在1.2-2.5V的范圍內(nèi)，在恒流(5mA)下進(jìn)行循環(huán)測(cè)試，容量:1.66F，內(nèi)阻:1.4 Ω.m，循環(huán)容量保持率(％):97.6。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種輕金屬摻雜秸桿基炭電極材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成:改性秸桿復(fù)合材料110-120、沸石粉2-3、輕金屬4-5、二氧化釕1_2、硬酯酸鈣1_2、高氯酸鋰2-3、次磷酸鎳1-2、十二烷基硫酸鈉1-2、粘結(jié)劑LA1321-2、去離子水適量； 所述改性秸桿復(fù)合材料是由下列重量份的原料制成:秸桿100-120、稀鹽酸溶液30-50、氯化鋅30-50、甲基三乙氧基硅烷1-2、鈦酸錳1_2、導(dǎo)電炭黑2_4、石墨烯2_4、煅燒高嶺土 15-25、過(guò)硫酸鉀0.5-0.8、超細(xì)玻璃纖維0.5-1 ;制備方法是(I)將秸桿粉碎成8_20目，用水清洗干凈后在100-120° C下干燥至恒重；(2)將秸桿原料與60%的氯化鋅按照I: 2-3的配比混合，攪拌均勻，浸漬24小時(shí)后放入馬弗爐中，在600-700° C溫度下活化I小時(shí)，然后經(jīng)水洗、過(guò)濾、干燥得到活性炭備用；(3)將煅燒高嶺土和活性炭加到稀鹽酸溶液中，于室溫下浸泡8-12小時(shí)，過(guò)濾，固體用蒸餾水洗滌至中性，濾液無(wú)氯離子檢出，真空干燥后研磨粉碎過(guò)200-300目篩；(4)將步驟(3)的產(chǎn)物和蒸餾水按照粉體重量:0.1:30-50的比例混合均勻，加熱至40-50° C，加入過(guò)硫酸鉀、甲基三乙氧基硅烷，攪拌均勻，再加入其余剩余物質(zhì)攪拌3-5小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)抽濾、干燥制得改性秸桿復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種輕金屬摻雜秸桿基炭電極材料，其特征在于，由以下具體的步驟制成:將十二烷基硫酸鈉、粘結(jié)劑LA132加到去離子水中，高速攪拌形成粘稠的液體，再加入稱量好的沸石粉、輕金屬、二氧化釕、硬酯酸鈣、高氯酸鋰、次磷酸鎳充分?jǐn)嚢?.5-1小時(shí)，再加入改性秸桿復(fù)合材料先高速攪拌1-2小時(shí)，再轉(zhuǎn)移到膠磨機(jī)中低速研磨得到200-400目的漿料，再將漿料均勻的涂布在集流體上，在溫度100-110° C下真空干燥8-12小時(shí)，取出后在1MPa的壓力下進(jìn)行壓片，裁剪后再次放入真空干燥箱內(nèi)90-100° C溫度下烘干至恒重即可。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種輕金屬摻雜秸稈基炭電極材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：改性秸稈復(fù)合材料110-120、沸石粉2-3、輕金屬4-5、二氧化釕1-2、硬酯酸鈣1-2、高氯酸鋰2-3、次磷酸鎳1-2、十二烷基硫酸鈉1-2、粘結(jié)劑LA1321-2、去離子水適量；本發(fā)明通過(guò)對(duì)作物秸稈炭化、活化和摻雜改性，制備出高活性、高比表面積的炭，添加的輕金屬可以增加電容器的充電速度，節(jié)約時(shí)間，提高充電容量，本發(fā)明的電極材料具有高容量、大倍率、長(zhǎng)循環(huán)等優(yōu)良特性。
【IPC分類】H01G11-34, H01G11-30
【公開(kāi)號(hào)】CN104867695
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510157950
【發(fā)明人】胡枝麗, 張和平, 褚詩(shī)泉
【申請(qǐng)人】安徽江威精密制造有限公司
【公開(kāi)日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年4月3日