CN104851608A - 一种秸秆基纳米炭复合电极材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种秸秆基纳米炭复合电极材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：改性秸秆复合材料140-150、五氧化二锑2-3、聚亚胺3-4、羧甲基纤维素1-2、丁苯橡胶1-2、氢氧化镧2-3、超细硼粉2-3、乙酸钴1-2、偏钒酸铵1-2、去离子水适量；本发明通过对作物秸秆炭化、活化和掺杂改性，制备出高活性、高比表面积的炭，并且添加的其他导电物质，增大了比电容，提高了导电性能，其中成本低廉，来源广泛，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及化学能源材料领域，特别是一种秸秆基纳米炭复合电极材料及其制备方法。
背景技术
超级电容器是一种新型储能装置，集高能量密度、高功率密度、长寿命（数十万次以上）等特性于一身，此外它还具有容量大、内阻小、充放电速度快、工作温度范围宽（-40℃～65℃）、免维护、可靠性高等优点，在新能源（风能和太阳能）、通讯、数码电子、电力、汽车、工程机械、军事及航空航天等领域都有十分广泛的应用。电极是超级电容器的核心组成部分，由活性物质层与集流体组成，其性能好坏对超级电容器的容量、内阻等具有关键性的影响。通常，超级电容器的电极制作工艺采用浆料涂布工艺，即在集流体上涂覆活性材料、导电剂与粘结剂的混合浆料，再经干燥、辊压得到活性炭电极。
我国是农业大国，伴随着各种农作物成熟后秸秆产量更是多达7亿多吨，除去将其用作燃料、建筑材料、饲料和肥料以及发电外，仍有60%的无法有效利用而遭废弃，不仅造成了大量的生物质能源浪费，也对环境造成了一定的影响。所以本发明利用农作物秸秆进行炭化、活化等步骤制成活性炭，作为电极的材料，添加的其他导电物质，增大了比电容，提高了导电性能，其中成本低廉，来源广泛，适合工业化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种秸秆基纳米炭复合电极材料及其制备方法。
为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：
一种秸秆基纳米炭复合电极材料，由下列重量份的原料制成：改性秸秆复合材料140-150、五氧化二锑2-3、聚亚胺3-4、羧甲基纤维素1-2、丁苯橡胶1-2、氢氧化镧2-3、超细硼粉2-3、乙酸钴1-2、偏钒酸铵1-2、去离子水适量；
所述改性秸秆复合材料是由下列重量份的原料制成：秸秆100-120、稀盐酸溶液30-50、氯化锌30-50、甲基三乙氧基硅烷1-2、钛酸锰1-2、导电炭黑2-4、石墨烯2-4、煅烧高岭土15-25、过硫酸钾0.5-0.8、超细玻璃纤维0.5-1；制备方法是（1）将秸秆粉碎成8-20目，用水清洗干净后在100-120°C下干燥至恒重；（2）将秸秆原料与60%的氯化锌按照1:2-3的配比混合，搅拌均匀，浸渍24小时后放入马弗炉中，在600-700°C温度下活化1小时，然后经水洗、过滤、干燥得到活性炭备用；（3）将煅烧高岭土和活性炭加到稀盐酸溶液中，于室温下浸泡8-12小时，过滤，固体用蒸馏水洗涤至中性，滤液无氯离子检出，真空干燥后研磨粉碎过200-300目筛；（4）将步骤（3）的产物和蒸馏水按照粉体重量:0.1：30-50的比例混合均匀，加热至40-50°C，加入过硫酸钾、甲基三乙氧基硅烷，搅拌均匀，再加入其余剩余物质搅拌3-5小时，反应结束后经抽滤、干燥制得改性秸秆复合材料。
本发明所述一种秸秆基纳米炭复合电极材料，由以下具体的步骤制成：将羧甲基纤维素、丁苯橡胶加到去离子水中，高速搅拌形成粘稠的液体，再加入称量好的五氧化二锑、聚亚胺、氢氧化镧、超细硼粉、乙酸钴、偏钒酸铵充分搅拌0.5-1小时，再加入改性秸秆复合材料先高速搅拌1-2小时，再转移到胶磨机中低速研磨得到200-400目的浆料，再将浆料均匀的涂布在集流体上，在温度100-110°C下真空干燥8-12小时，取出后在10MPa的压力下进行压片，裁剪后再次放入真空干燥箱内90-100°C温度下烘干至恒重即可。
本发明的优点是：本发明通过对作物秸秆炭化、活化和掺杂改性，制备出高活性、高比表面积的炭，并且添加的其他导电物质，增大了比电容，提高了导电性能，其中成本低廉，来源广泛，适合工业化生产。
具体实施方案
下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
一种秸秆基纳米炭复合电极材料，由下列重量份（公斤）的原料制成：改性秸秆复合材料140、五氧化二锑2、聚亚胺4、羧甲基纤维素1、丁苯橡胶2、氢氧化镧3、超细硼粉2、乙酸钴1、偏钒酸铵1、去离子水适量；
所述改性秸秆复合材料是由下列重量份（公斤）的原料制成：秸秆100、稀盐酸溶液39、氯化锌35、甲基三乙氧基硅烷1、钛酸锰2、导电炭黑4、石墨烯3、煅烧高岭土20、过硫酸钾0.7、超细玻璃纤维0.8；制备方法是（1）将秸秆粉碎成8-20目，用水清洗干净后在100-120°C下干燥至恒重；（2）将秸秆原料与60%的氯化锌按照1:2-3的配比混合，搅拌均匀，浸渍24小时后放入马弗炉中，在600-700°C温度下活化1小时，然后经水洗、过滤、干燥得到活性炭备用；（3）将煅烧高岭土和活性炭加到稀盐酸溶液中，于室温下浸泡8-12小时，过滤，固体用蒸馏水洗涤至中性，滤液无氯离子检出，真空干燥后研磨粉碎过200-300目筛；（4）将步骤（3）的产物和蒸馏水按照粉体重量:0.1：30-50的比例混合均匀，加热至40-50°C，加入过硫酸钾、甲基三乙氧基硅烷，搅拌均匀，再加入其余剩余物质搅拌3-5小时，反应结束后经抽滤、干燥制得改性秸秆复合材料。
本发明所述一种秸秆基纳米炭复合电极材料，由以下具体的步骤制成：将羧甲基纤维素、丁苯橡胶加到去离子水中，高速搅拌形成粘稠的液体，再加入称量好的五氧化二锑、聚亚胺、氢氧化镧、超细硼粉、乙酸钴、偏钒酸铵充分搅拌0.5-1小时，再加入改性秸秆复合材料先高速搅拌1-2小时，再转移到胶磨机中低速研磨得到200-400目的浆料，再将浆料均匀的涂布在集流体上，在温度100-110°C下真空干燥8-12小时，取出后在10MPa的压力下进行压片，裁剪后再次放入真空干燥箱内90-100°C温度下烘干至恒重即可。
以所述实施例中制备的电极为工作电极，铝箔为集电极，聚四氟乙烯为隔膜，1.0M三乙基甲基铵四氟硼酸盐的乙腈溶液为电解液，在1.2-2.5V的范围内，在恒流（5mA）下进行循环测试，容量：1.62F，内阻：1.8Ω·m，循环容量保持率（%）：98.0。
Claims (2)
1.一种秸秆基纳米炭复合电极材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：改性秸秆复合材料140-150、五氧化二锑2-3、聚亚胺3-4、羧甲基纤维素1-2、丁苯橡胶1-2、氢氧化镧2-3、超细硼粉2-3、乙酸钴1-2、偏钒酸铵1-2、去离子水适量；
所述改性秸秆复合材料是由下列重量份的原料制成：秸秆100-120、稀盐酸溶液30-50、氯化锌30-50、甲基三乙氧基硅烷1-2、钛酸锰1-2、导电炭黑2-4、石墨烯2-4、煅烧高岭土15-25、过硫酸钾0.5-0.8、超细玻璃纤维0.5-1；制备方法是（1）将秸秆粉碎成8-20目，用水清洗干净后在100-120°C下干燥至恒重；（2）将秸秆原料与60%的氯化锌按照1:2-3的配比混合，搅拌均匀，浸渍24小时后放入马弗炉中，在600-700°C温度下活化1小时，然后经水洗、过滤、干燥得到活性炭备用；（3）将煅烧高岭土和活性炭加到稀盐酸溶液中，于室温下浸泡8-12小时，过滤，固体用蒸馏水洗涤至中性，滤液无氯离子检出，真空干燥后研磨粉碎过200-300目筛；（4）将步骤（3）的产物和蒸馏水按照粉体重量:0.1：30-50的比例混合均匀，加热至40-50°C，加入过硫酸钾、甲基三乙氧基硅烷，搅拌均匀，再加入其余剩余物质搅拌3-5小时，反应结束后经抽滤、干燥制得改性秸秆复合材料。
2.根据权利要求1所述一种秸秆基纳米炭复合电极材料，其特征在于，由以下具体的步骤制成：将羧甲基纤维素、丁苯橡胶加到去离子水中，高速搅拌形成粘稠的液体，再加入称量好的五氧化二锑、聚亚胺、氢氧化镧、超细硼粉、乙酸钴、偏钒酸铵充分搅拌0.5-1小时，再加入改性秸秆复合材料先高速搅拌1-2小时，再转移到胶磨机中低速研磨得到200-400目的浆料，再将浆料均匀的涂布在集流体上，在温度100-110°C下真空干燥8-12小时，取出后在10MPa的压力下进行压片，裁剪后再次放入真空干燥箱内90-100°C温度下烘干至恒重即可。
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2015
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