CN112908720B - 一种多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料及其制备方法 - Google Patents
一种多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料及其制备方法。所述多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料以食物残渣土豆皮为原料，加入活化剂氢氧化钾、尿素充分混合，经脱水、炭化制备多孔生物质炭材料，再用硝酸钴作为钴源和氢氧化钾提供碱性条件在此多孔生物质炭材料进行表面生长，得到多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料。该多孔结构材料比表面积大，有利于电解液的润湿和载流子在电极材料中的传输和迁移，以此提高炭材料的电化学性能。将该电极材料作为工作电极展示出较高的比电容、优异的倍率特性及良好的循环稳定性，且制备过程绿色环保、操作简单，该方法同时可以用来合成其他生物质材料衍生的多孔炭电极材料。
Description
技术领域
本发明涉及超级电容器技术领域，特别是涉及一种多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料及其制备方法。
背景技术
随着新型经济的快速发展对能源的需求与日益加剧的环境污染问题之间的矛盾，急切需求一种新型能量储存装置。超级电容器被称为电化学双层电容器，拥有功率密度高、充放电速度快以及出色的循环稳定性等特点。此外，超级电容器具有高功率性能和低维护成本等优点而被提出作为未来的替代能量存储设备。超级电容器不仅充电速度更快，而且更可靠，因为它们不易受温度变化的影响。因而，超级电容器在科学研究价值和广泛的商业应用领域上引起了科学界的重大关注。
生物质炭材料具有原材料易获取，制作成本低廉，属于清洁能源，对自然环境无污染等优势。生物质主要由木质素，半纤维素和纤维素组成，二木质素和半纤维素分布的无序性造成了生物质炭材料的形貌和孔隙分布的无规律性，使得生物质炭材料的循环性能和倍率性能受到极大的影响，为了适应更加苛刻的储能材料安全性能条件，许多科研工作者将研究的目标转向以绿色生物质炭材料为主的水系超级电容器的设计和制备。比如：“一种超级电容器用海藻基活性炭前驱体的制备方法”(CN108101051A)专利中是利用海藻干料为原料，经过破壁、除杂等一系列操作后得到前驱体，所得前驱体通过炭化活化后得到比表面积巨大的活性炭材料；“富N活性炭电极的制备方法”(CN102360959A)专利中是利用富含脲醛树脂的废弃刨花板作为原料，在惰性气氛下与氢氧化钾共混后炭化，然后用磷酸进行活化，制得富含氮元素的活性炭。上述方法的缺点是：1、富含脲醛树脂的原材料来源不广且产量小，价格也相对较贵；2、步骤繁琐，不利于工业化生产； 3、由于生物质本身的特殊结构，目前已知的生物质大多存在孔结构不规律，比表面积较小，掺杂原子含量少，比容量低等问题。
因此，采用简单常见且易收集的废弃物原料和简单的合成操作制备具有优异电化学性能的超级电容器电极材料对于电化学储能领域的应用具有重大的意义。
发明内容
本发明的目的是提供及一种多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料及其制备方法，以解决上述现有技术中电极材料比电容低、可逆性差和导电性差、不环保以及以绿色生物质炭材料为原料的电极材料来源不广、价格贵不利于工业化生产的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料，所述多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料以土豆皮粉为原料，经氢氧化钾和尿素活化后进行炭化处理，得到多孔生物质炭；再以硝酸钴为钴源，在碱性条件下，在多孔生物质炭表面进行原位生长而成。
进一步地，所述土豆皮粉、氢氧化钾和尿素质量比为1:1.5:1。
进一步地，所述土豆皮粉由土豆皮经水洗、干燥、粉碎以及过筛处理制得。
进一步地，所述炭化处理是指在800℃下热处理2h。
进一步地，所述多孔生物质炭与硝酸钴质量比为1:(1-10)。
本发明还提供一种多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将土豆皮用乙醇和蒸馏水冲洗，干燥，粉碎，过筛，得到土豆皮粉；
(2)将土豆皮粉与氢氧化钾和尿素混合，加入蒸馏水搅拌，得到混合物，干燥；
(3)在氩气保护性气氛中，将干燥后的混合物在800℃下热处理2h，自然冷却至室温，得到黑色产物；
(4)用盐酸将黑色产物洗至无气泡产生，随后用蒸馏水洗涤至中性，清洗后真空干燥，得到多孔生物质炭；
(5)将多孔生物质炭与硝酸钴混合，加入蒸馏水，搅拌，超声处理，在50℃恒温水浴中静置24h，得到混合液；
(6)在低速搅拌条件下，将1mol/L氢氧化钾溶液滴加到混合液中，控制混合液pH为12，继续搅拌，静置，分离，过滤，得到固体产物；
(7)用去离子水洗涤固体产物至中性，干燥处理，即得多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料。
进一步地，步骤(1)所述干燥温度为80-120℃，干燥时间为12-48h；所述粉碎至粒径为0.15-2.0mm。
进一步地，步骤(3)所述热处理升温速率为5℃/min。
进一步地，步骤(5)所述超声处理时间为20-40min。
进一步地，步骤(6)所述搅拌时间为1h，搅拌速度为200rpm；所述静置条件为50℃恒温水浴中静置1h。
本发明还提供一种所述的多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料在制备超级电容器电极中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明以土豆皮为原料，先将其制成土豆皮粉，然后加入活化剂氢氧化钾、尿素充分混合，干燥、脱水得到炭前驱体，将干燥后的炭前驱体通过高温炭化和活化处理，制备得到了含有丰富的孔道结构和高石墨化程度的生物质炭，该结构具有较大的比表面积，有利于电解液的润湿和载流子在电极材料中的传输和迁移，以此提高炭材料的电化学性能。土豆皮粉中的纤维素等聚合物炭化形成碳骨架。用大量蒸馏水清洗，除去残余的氢氧化钾，尿素等成分，真空干燥后，得到生物质炭材料。再将硝酸钴作为钴源在氢氧化钾提供的碱性条件下对反应物质进行表面处理，用蒸馏水将多余的氢氧化钾洗掉，得到多孔生物质炭/Co(OH)2复合材料。将上述复合材料制备成超级电容器电极材料，具有比电容量高、可逆性和导电性好的特点。此外，本发明选择了土豆皮为原料，不仅有利于解决能源短缺问题,还有效的降低了电极材料成本；制作流程简单，使用安全，易于控制及规模化，具有环保、简单、安全、等优点。
本发明选用比电容和比功率较高的过渡金属氢氧化钴作为超级电容器的原料，氢氧化钴是典型的嵌入式电容材料,其独特的层状结构有利于离子的扩散与反应，从而具有较强的储能能力。经过活化、炭化处理的生物质炭具有大的比表面积，其与钴源复合后增大了活性材料的比表面积，提高导电性能，得到的复合材料具有生物质炭的特殊结构，使得复合生物质炭材料的储能更好，导电效率高。同时，复合材料克服了单一生物质炭材料的循环性、稳定性差的缺点，能够延长电极材料的使用寿命，并且复合材料结构能够去除彼此的缺点汇聚各自的优点，所得复合材料在超级电容器中具有更广泛的应用。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的多孔生物质炭SEM图；
图2为本发明实施例1制备的多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料SEM图；
图3为本发明实施例1制备的多孔生物质炭材料10000倍下的扫描图像；
图4为本发明实施例1制备的多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料10000倍下的扫描图像；
图5为多孔生物质炭材料制备的电极在不同扫描速率下的循环伏安曲线(CV 曲线)；
图6为多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料制备的电极在不同扫描速率下的循环伏安曲线(CV曲线)；
图7为多孔生物质炭材料制备的电极在不同电流密度下的恒电流充放电曲线(GCD曲线)；
图8为多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料制备的电极在不同电流密度下的恒电流充放电曲线(GCD曲线)；
图9为多孔生物质炭材料制备的电极的交流阻抗图；
图10为多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料制备的电极的交流阻抗图；
图11为多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料制备的电极电流密度为5A/g下的循环稳定图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
一)多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料的制备
(1)将收集好的食物残渣土豆皮用蒸馏水、乙醇分别清洗3次，放入烘箱 80℃干燥备用；
(2)将干燥好的土豆皮粉碎至粒径为1.0mm，过200目筛，得到土豆皮粉；
(3)将土豆皮粉、氢氧化钾和尿素按照质量比为1:1.5:1混合，混合均匀后加入蒸馏水搅拌8h，形成粘性溶液，然后在105℃条件下干燥，得到混合物；
(4)将上述混合物转移至管式炉中，氩气气氛下，在800℃条件下热处理 2h，升温速率为5℃/min，自然冷却至室温，得到黑色产物；
(5)用2M HCl将黑色产物洗至中性，再用蒸馏水清洗3次，在105℃条件下真空干燥，得到多孔生物质炭；
(6)将上述制的多孔生物质炭与硝酸钴按质量比1:1混合，加入蒸馏水在室温下搅拌30min，超声30min，50℃恒温水浴中静置24h；
(7)将1mol/L KOH逐滴加到上述溶液中，在转速为200rpm条件下搅拌，控制pH为12，继续搅拌1h，50℃恒温水浴中静置1h，得到固体产物；
(8)用去离子水洗涤固体产物至中性，置于80℃干燥箱中干燥12h，即得多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料。
本实施例制备的多孔生物质炭和多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料的SEM 图如图1、图2所示。从图1中可以看出，由土豆皮制备的多孔生物质炭有丰富的三维疏松多孔结构；从图2中可以看出，硝酸钴与多孔生物质炭成功复合。
图3和图4分别为的多孔生物质炭和多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料 10000倍下的扫描图像，从图3中可以看出，制备的多孔炭材料比较规整，孔径大小均一，从图4中可以看出，制备的复合材料均匀覆盖在多孔碳材料上。
二)电极制备
将所得多孔生物质炭和多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料分别与乙炔黑、聚偏氟乙烯按质量比8:1:1混合后在研钵中研磨，加入N-N二甲基甲酰胺混合均匀并涂覆于1*1cm2镍网上，得到电极片a和电极片b，将a、b电极片放于真空干燥箱中80℃真空干燥12h。
三)性能测试
将干燥好的电极片，放在压片机上，压力为8Mpa，压10s，得到待测电极材料。
测试仪器为上海辰华CHI660E，以三电极的方法对电极材料进行测试，其中电解液为1M Na2SO4，参比电极为饱和甘汞电极，对电极为铂片。分别进行循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)、计时电位(GCD)的电化学性能测试。
1、本实施例以多孔生物质炭材料制备的电极在不同扫描速率下的循环伏安曲线(CV曲线)如图5所示，从图5中可以看出，在不同扫速下，CV曲线没有发生变化，呈现类矩形形状，表明是典型的双电层电容炭材料。
本实施例以多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料制备的电极在不同扫描速率下的循环伏安曲线(CV曲线)如图6所示，从图6中可以看出，不同扫速下， CV曲线没有发生变化，有明显的氧化还原峰，表明复合材料合成成功。
2、本实施例以多孔生物质炭材料制备的电极在不同电流密度下的恒电流充放电曲线(GCD曲线)如图7所示，从图7中可以看出，在不同电流密度下，GCD 曲线没有发生变化，呈现等腰三角形形状，表明是典型的双电层电容炭材料。
本实施例以多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料制备的电极在不同电流密度下的恒电流充放电曲线(GCD曲线)如图8所示，图8中可以看出，在不同电流密度下，GCD曲线没有发生变化，有明显的氧化还原峰，表明复合材料合成成功。
3.本实施例以多孔生物质炭材料制备的电极的交流阻抗图如图9所示。图中可以看出，多孔生物质炭材料的等效串联电阻为1.5，活性材料的电子转移电阻只有0.5，低频区接近垂直的线段说明材料具有良好的双电层电容特性，材料在阻抗方面的良好表现归因于其独特的多孔结构，使得无论电子还是电解液都可以在材料中顺利的传输，从而大大减少了等效串联电阻，有利于提高产物的电化学性能。
本实施例以多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料制备的电极的交流阻抗图如图10所示。从图中可以看出，多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料的等效串联电阻为0.5，活性材料的电子转移电阻只有1.25，低频区接近垂直的线段说明材料具有良好的双电层电容特性，多孔生物质炭材料在复合Co(OH)2之后，由于独特的多孔结构使得阻抗方面仍有的良好表现，且等效串联电阻与多孔炭材料相比减小了，进一步证实了复合材料样品优异的电化学性能。
4.本实施例以多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料制备的电极电流密度为 5A/g下的循环稳定图(如图11)，从图11中可以看出，在电流密度为5A/g时，经过10000次恒电流充放电测试，其电容保持率仍为95.73％，复合材料的循环稳定性优异，循有利于实际应用。
实施例2
一)多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料的制备
(1)将收集好的食物残渣土豆皮用蒸馏水、乙醇分别清洗5次，放入烘箱 80℃干燥备用；
(2)将干燥好的土豆皮粉碎至粒径为0.15mm，过200目筛，得到土豆皮粉；
(3)将土豆皮粉、氢氧化钾和尿素按照质量比为1:1.5:1混合，混合均匀后加入蒸馏水搅拌8h，形成粘性溶液，然后在105℃条件下干燥，得到混合物；
(4)将上述混合物转移至管式炉中，氩气气氛下，在800℃条件下热处理 2h，升温速率为5℃/min，自然冷却至室温，得到黑色产物；
(5)用2M HCl将黑色产物洗至中性，再用蒸馏水清洗3次，在105℃条件下真空干燥，得到多孔生物质炭；
(6)将上述制的多孔生物质炭与硝酸钴按质量比1:3混合，加入蒸馏水在室温下搅拌30min，超声30min，50℃恒温水浴中静置24h；
(7)将1mol/L KOH逐滴加到上述溶液中，在转速为200rpm条件下搅拌，控制pH为12，继续搅拌1h，50℃恒温水浴中静置1h，得到固体产物；
(8)用去离子水洗涤固体产物至中性，置于80℃干燥箱中干燥12h，即得多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料。
二)电极制备
将所得多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料与乙炔黑、聚偏氟乙烯按质量比 8:1:1混合后在研钵中研磨，加入N-N二甲基甲酰胺混合均匀并涂覆于1*1cm2镍网上，得到电极片，将电极片放于真空干燥箱中80℃真空干燥12h。
将干燥好的极片，放在压片机上，压力为8Mpa，压10s，称量极片的重量，得到待测电极材料。
实施例3
一)多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料的制备
(1)将收集好的食物残渣土豆皮用蒸馏水、乙醇分别清洗8次，放入烘箱 80℃干燥备用；
(2)将干燥好的土豆皮粉碎至粒径为2.0mm，过200目筛，得到土豆皮粉；
(3)将土豆皮粉、氢氧化钾和尿素按照质量比为1:1.5:1混合，混合均匀后加入蒸馏水搅拌8h，形成粘性溶液，然后在105℃条件下干燥，得到混合物；
(4)将上述混合物转移至管式炉中，氩气气氛下，在800℃条件下热处理 2h，升温速率为5℃/min，自然冷却至室温，得到黑色产物；
(5)用2M HCl将黑色产物洗至中性，再用蒸馏水清洗5次，在105℃条件下真空干燥，得到多孔生物质炭；
(6)将上述制的多孔生物质炭与硝酸钴按质量比1:5混合，加入蒸馏水在室温下搅拌30min，超声30min，50℃恒温水浴中静置24h；
(7)将1mol/L KOH逐滴加到上述溶液中，在转速为200rpm条件下搅拌，控制pH为12，继续搅拌1h，50℃恒温水浴中静置1h，得到固体产物；
(8)用去离子水洗涤固体产物至中性，置于80℃干燥箱中干燥12h，即得多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料。
二)电极制备
将所得多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料与乙炔黑、聚偏氟乙烯按质量比 8:1:1混合后在研钵中研磨，加入N-N二甲基甲酰胺混合均匀并涂覆于1*1cm2镍网上，得到电极片，将电极片放于真空干燥箱中80℃真空干燥12h。
将干燥好的极片，放在压片机上，压力为8Mpa，压10s，称量极片的重量，得到待测电极材料。
实施例4
一)多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料的制备
(1)将收集好的食物残渣土豆皮用蒸馏水、乙醇分别清洗9次，放入烘箱 80℃干燥备用；
(2)将干燥好的土豆皮粉碎至粒径为0.7mm，过200目筛，得到土豆皮粉；
(3)将土豆皮粉、氢氧化钾和尿素按照质量比为1:1.5:1混合，混合均匀后加入蒸馏水搅拌8h，形成粘性溶液，然后在105℃条件下干燥，得到混合物；
(4)将上述混合物转移至管式炉中，氩气气氛下，在800℃条件下热处理 2h，升温速率为5℃/min，自然冷却至室温，得到黑色产物；
(5)用2M HCl将黑色产物洗至中性，再用蒸馏水清洗3次，在105℃条件下真空干燥，得到多孔生物质炭；
(6)将上述制的多孔生物质炭与硝酸钴按质量比1:7混合，加入蒸馏水在室温下搅拌30min，超声30min，50℃恒温水浴中静置24h；
(7)将1mol/L KOH逐滴加到上述溶液中，在转速为200rpm条件下搅拌，控制pH为12，继续搅拌1h，50℃恒温水浴中静置1h，得到固体产物；
(8)用去离子水洗涤固体产物至中性，置于80℃干燥箱中干燥12h，即得多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料。
二)电极制备
将所得多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料与乙炔黑、聚偏氟乙烯按质量比 8:1:1混合后在研钵中研磨，加入N-N二甲基甲酰胺混合均匀并涂覆于1*1cm2镍网上，得到电极片，将电极片放于真空干燥箱中80℃真空干燥12h。
将干燥好的极片，放在压片机上，压力为8Mpa，压10s，称量极片的重量，得到待测电极材料。
实施例5
一)多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料的制备
(1)将收集好的食物残渣土豆皮用蒸馏水、乙醇分别清洗7次，放入烘箱 80℃干燥备用；
(2)将干燥好的土豆皮粉碎至粒径为1.1mm，过200目筛，得到土豆皮粉；
(3)将土豆皮粉、氢氧化钾和尿素按照质量比为1:1.5:1混合，混合均匀后加入蒸馏水搅拌8h，形成粘性溶液，然后在105℃条件下干燥，得到混合物；
(4)将上述混合物转移至管式炉中，氩气气氛下，在800℃条件下热处理 2h，升温速率为5℃/min，自然冷却至室温，得到黑色产物；
(5)用2M HCl将黑色产物洗至中性，再用蒸馏水清洗6次，在105℃条件下真空干燥，得到多孔生物质炭；
(6)将上述制的多孔生物质炭与硝酸钴按质量比1:9混合，加入蒸馏水在室温下搅拌30min，超声30min，50℃恒温水浴中静置24h；
(7)将1mol/L KOH逐滴加到上述溶液中，在转速为200rpm条件下搅拌，控制pH为12，继续搅拌1h，50℃恒温水浴中静置1h，得到固体产物；
(8)用去离子水洗涤固体产物至中性，置于80℃干燥箱中干燥12h，即得多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料。
二)电极制备
将所得多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料与乙炔黑、聚偏氟乙烯按质量比 8:1:1混合后在研钵中研磨，加入N-N二甲基甲酰胺混合均匀并涂覆于1*1cm2镍网上，得到电极片，将电极片放于真空干燥箱中80℃真空干燥12h。
将干燥好的极片，放在压片机上，压力为8Mpa，压10s，称量极片的重量，得到待测电极材料。
实施例6
一)多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料的制备
(1)将收集好的食物残渣土豆皮用蒸馏水、乙醇分别清洗4次，放入烘箱 80℃干燥备用；
(2)将干燥好的土豆皮粉碎至粒径为0.8mm，过200目筛，得到土豆皮粉；
(3)将土豆皮粉、氢氧化钾和尿素按照质量比为1:1.5:1混合，混合均匀后加入蒸馏水搅拌8h，形成粘性溶液，然后在105℃条件下干燥，得到混合物；
(4)将上述混合物转移至管式炉中，氩气气氛下，在800℃条件下热处理 2h，升温速率为5℃/min，自然冷却至室温，得到黑色产物；
(5)用2M HCl将黑色产物洗至中性，再用蒸馏水清洗6次，在105℃条件下真空干燥，得到多孔生物质炭；
(6)将上述制的多孔生物质炭与硝酸钴按质量比1:10混合，加入蒸馏水在室温下搅拌30min，超声30min，50℃恒温水浴中静置24h；
(7)将1mol/L KOH逐滴加到上述溶液中，在转速为200rpm条件下搅拌，控制pH为12，继续搅拌1h，50℃恒温水浴中静置1h，得到固体产物；
(8)用去离子水洗涤固体产物至中性，置于80℃干燥箱中干燥12h，即得多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料。
二)电极制备
将所得多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料与乙炔黑、聚偏氟乙烯按质量比 8:1:1混合后在研钵中研磨，加入N-N二甲基甲酰胺混合均匀并涂覆于1*1cm2镍网上，得到电极片，将电极片放于真空干燥箱中80℃真空干燥12h。
将干燥好的极片，放在压片机上，压力为8Mpa，压10s，称量极片的重量，得到待测电极材料。
对比例1
同实施例1，区别在于，升温速率调整为10℃/min。
结果发现，由于升温速率增高，反应温度急剧上升，导致生成生物质固定炭的含量下降，产率降低，最终制成的复合材料的电容量下降，因此较低升温速率热解有利于成型生物质热解成炭。
对比例2
同实施例1，区别在于，多孔生物质炭与硝酸钴按质量比2:1混合。
结果发现，由于多孔生物质炭含量较多，无法充分与硝酸钴复合，制备的复合电极才材料孔径小，比电容低。
对比例3
同实施例1，区别在于，转速为300rpm。
结果发现，由于转速太大，导致硝酸钴在多孔生物质炭材料表面生长不均匀，制备的复合电极材料比电容低。
对比例4
同实施例1，区别在于，氢氧化钾溶液浓度为0.5mol/L。
结果发现，复合电极材料循环使用100次以后比电容值下降至91.1％。
对比例5
同实施例1，区别在于，热处理温度为700℃。
结果发现，复合电极材料稳定性差。
对比例6
同实施例1，区别在于，将氢氧化钾直接与混合液混合。
结果发现，复合电极材料比电容低且不稳定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将土豆皮用乙醇和蒸馏水冲洗，干燥，粉碎，过筛，得到土豆皮粉；
(2)将土豆皮粉、氢氧化钾和尿素按照质量比为1:1.5:1混合，加入蒸馏水搅拌，得到混合物，干燥；
(3)在氩气保护性气氛中，将干燥后的混合物在800℃下热处理2h，升温速率为5℃/min，自然冷却至室温，得到黑色产物；
(4)用盐酸将黑色产物洗至无气泡产生，随后用蒸馏水洗涤至中性，清洗后真空干燥，得到多孔生物质炭；
(5)将多孔生物质炭与硝酸钴按照质量比为1:1混合，加入蒸馏水，搅拌，超声处理，在50℃恒温水浴中静置24h，得到混合液；
(6)在200rpm搅拌条件下，将1mol/L氢氧化钾溶液滴加到混合液中，控制混合液pH为12，继续搅拌，静置，分离，过滤，得到固体产物；
(7)用去离子水洗涤固体产物至中性，干燥处理，即得多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述干燥温度为80-120℃，干燥时间为12-48h；所述粉碎至粒径为0.15-2.0mm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)所述搅拌时间为1h；所述静置条件为50℃恒温水浴中静置1h。
4.一种如权利要求1-3任一项所述制备方法得到的多孔生物质炭/Co(OH)2复合电极材料在制备超级电容器电极中的应用。
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Application publication date: 20210604 Assignee: Guangxi Xiaoli New Energy Technology Co.,Ltd. Assignor: GUILIN University OF TECHNOLOGY Contract record no.: X2023980044534 Denomination of invention: A porous biochar/Co (OH)2composite electrode material and its preparation method Granted publication date: 20220628 License type: Common License Record date: 20231030 |