CN113223873A - 一种植物纤维掺杂及聚合改性活性炭碳电极的制备方法 - Google Patents

一种植物纤维掺杂及聚合改性活性炭碳电极的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113223873A
CN113223873A CN202110521101.3A CN202110521101A CN113223873A CN 113223873 A CN113223873 A CN 113223873A CN 202110521101 A CN202110521101 A CN 202110521101A CN 113223873 A CN113223873 A CN 113223873A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
carbon
plant fiber
activated carbon
parts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110521101.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113223873B (zh
Inventor
李勇刚
史兵方
司洪宇
杨双霞
王兵
崔连胜
赵金和
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Baise University
Original Assignee
Baise University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Baise University filed Critical Baise University
Priority to CN202110521101.3A priority Critical patent/CN113223873B/zh
Publication of CN113223873A publication Critical patent/CN113223873A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113223873B publication Critical patent/CN113223873B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
    • H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/24—Electrodes characterised by structural features of the materials making up or comprised in the electrodes, e.g. form, surface area or porosity; characterised by the structural features of powders or particles used therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
    • H01G11/28—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features arranged or disposed on a current collector; Layers or phases between electrodes and current collectors, e.g. adhesives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32—Carbon-based
    • H01G11/34—Carbon-based characterised by carbonisation or activation of carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
    • H01M4/0435—Rolling or calendering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

本发明涉及碳电极制备的电化学材料领域，具体涉及的是一种活性炭碳电极掺杂改性的制备方法。本发明是在电极制作阶段添加纳米级别植物纤维，然后制备压片电极，电极成型后在温和的条件下加入有机物单体，使电极中的纤维物在交联剂的作用下与单体反应向吸水聚合物转变。电极中的吸水聚合物吸水后膨胀将原有活性炭中坍塌的孔道空间重新撑开，使活性炭的比表面积得到充分利用，另外改性过程中添加的丙烯酸等单体也可丰富电极表面含氧基团，最重要的是电极内部纳米级别的吸水物质可有效的提高电极的内部润湿性能，提高电极的电容能力。本发明制备所得碳电极润湿性好，电容能力提升显著，电容保持率基本不变，且具有原料易得、方法简单的特点。

Description

一种植物纤维掺杂及聚合改性活性炭碳电极的制备方法
技术领域
本发明涉及碳电极制备的电化学材料领域，具体涉及的是一种活性炭碳电极掺杂改性的制备方法。
技术背景
活性炭电极在电池以及超级电容器等电化学储能设备中是重要的组成部件，其较高电容能力，稳定的高倍率性能而受到重视和应用。
活性炭电极的制备工艺相对成熟，基本是先选择或制备活性炭，有时还对活性炭进行改性，将获得的活性炭、粘结剂和导电剂以合适比例下在溶液中混合后，再压制到集流板上，干燥获得成型的活性炭电极。但对于电极在制备过程中或电极成型后再对其进行改性以提高电容能力的工作较少发现，在一定程度上限制了活性炭电极的使用。
成型碳电极在制备过程中由于添加了粘结剂和导电剂，会导致在压制过程中活性炭原有的孔道空间被堵塞、压塌，使得活性炭材料原的有效比表面积降低，有效的活性基团减少，造成成型活性炭碳电极比电容不高，电化学性能不够理想。
目前可发现专利号为ZL201710658575.6的中国发明专利，在碳电极成型后采用管式炉气氛高温处理，并迅速用液氮冷却的方法获得改性的碳电极，该方法需要品质较高的热源和冷源，并在处理过程中需要保护气氛，在实际操作过程中尽管改性效果良好，但成本较高；已公开的中国发明专利CN202010701035.3，提出了在液相条件下，加压改性成型碳电极，该方法是利用加压液相可有效在电极内部增加官能团的方法，提高电极润湿性能，从而提高电容能力的方法，该方法虽然电容能力提高明显，但需要较高的温度和压力，对工艺和设备要求较高；已公开的中国发明专利CN202010701076.2，利用了微生物发酵的方法和微波共同改性成型碳电极，效果显著，但电极需要合适的生物处理条件，电极品质控制将具有一定难度；因此开发从电极内部进行一定程度对孔道能够进行修复，并且本身自带吸水性能的电极，将有效的提高活性炭空间表面的利用率，增强其电容能力。
吸水聚合物是一种带有大量亲水基团的功能高分子材料，具有较的高吸液能力、吸液速度和保液能力，由植物纤维为主要原料制备的吸水产品对人体无刺激性、无副反应，是安全的可在工业和生活中使用的材料。该产品的合成一般是采用植物纤维、淀粉、多糖等，在引发剂的作用下与有机物单体由交联剂聚合制备。
本发明是在电极制作阶段添加纳米级别植物纤维，然后制备压片电极，电极成型后在温和的条件下加入有机物单体，使电极中的纤维物在交联剂的作用下与单体反应向吸水聚合物转变，形成的吸水聚合物在水系电解液中具有一定的吸水性能。电极中的吸水聚合物吸水后膨胀将原有活性炭中坍塌的孔道空间重新撑开，使活性炭的比表面积得到充分利用，另外改性过程中添加的丙烯酸等单体也可丰富电极表面含氧基团，最重要的是电极内部纳米级别的吸水物质可有效的提高电极的内部润湿性能，提高电极的电容能力。另外在改性活性炭碳电极时，形成的聚合物不能有高的吸水性，否则吸水膨胀后会破坏电极结构，因此合理控制掺杂植物纤维聚合合成吸水树脂的吸水率在一个较低的水平，这是本发明所提供的技术方案能实现技术效果的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种植物纤维掺杂及聚合改性活性炭碳电极的制备方法，制备所得碳电极与未掺杂改性的碳电极相比，润湿性好，电容能力提升显著，电容保持率基本不变，且具有原料易得、方法简单的特点。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案步骤如下：
1）将活性炭过筛、干燥备用；
2）取得新鲜的植物纤维A，用清水洗净、烘干粉碎备用，得到植物纤维B；将植物纤维B用纳米研磨机研磨到粒径50纳米以下（如果是湿法研磨，还需要将纤维清洗并干燥），得到植物纤维C；
3)按重量分数称取步骤1）中制得的活性炭70-85份、步骤2）中制得的植物纤维C5-10份、导电剂5-10份和粘结剂5-10份均匀混合后，再加入等于前述混合物总质量的1-10倍的无水乙醇或氮甲基吡咯烷酮作为溶剂，边加热边搅拌直至溶剂完全挥发，得到混合物A；
4)在混合物A上滴入少量乙醇或甲醇，得到混合物B；
5)将混合物B用压片机在15-40MPa下压制后，于40-90℃中真空干燥5-20小时，待冷却降温后取出，得到电极A；
6）按照重量份数，在密闭反应器中加入1-2份电极A、5-20份蒸馏水、1-20份聚合单体溶液、0.1-5份交联剂、0.1-5份引发剂，并通入过量惰性气体进入该反应器，然后在惰性气氛下保持30-120分钟；
7）反应器继续保持惰性气氛，然后升温到40-90℃，保温1-6小时，降温至常温；
8）将步骤7）的反应器中的电极取出，用大量清水冲洗，在50-80℃条件下真空干燥6小时以上可得到电极B；
9）将电极B黏贴到涂有导电胶的集流板上，真空干燥即得到成品改性的碳电极C。
步骤2）中所述的植物纤维是甘蔗纤维、竹子纤维、秸秆纤维、木质纤维等的任意一种；部分植物纤维可进行苛化处理，将其用碱性双氧水浸泡10-120min，然后抽滤、清水洗净、烘干粉碎后，再用纳米研磨机进行研磨。
步骤3）中所述的导电剂为乙炔黑、石墨粉、碳纳米管或石墨烯中的任意一种或几种组合；所述的粘结剂为聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。
步骤6）中，所述的聚合单体为丙烯酰胺（AM，固体工业品，与水配置成溶液使用）、丙烯腈（AN，液体工业品，直接使用）、丙烯酸（AA，液体工业品）的任意一种，其中丙烯酸为纯度大于99%的工业品，需加入NaOH固体颗粒或KOH固体颗粒，将其配置为中和度50-90%的丙烯酸溶液；所述的交联剂为N，N－亚甲基双丙烯酰胺（MBA）、二乙烯基苯和二异氰酸酯等，在聚合反应中可以在聚合物分子链之间形成桥键的化合物中的任意一种；所述的引发剂为过硫酸盐，包括过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠等的任意一种。
步骤9）中所述的导电胶为炭系导电胶、银系导电胶、金系导电胶或者铜系导电中的任意一种，所述的集流板为金属集流板或者碳集流板。
本发明的有益效果：根据本发明提供的制备改性碳电极的方法，在水系电解液条件下，制造所得的碳电极的比电容，比同条件下普通活性炭直接制备的碳电极，如图1所示比电容增大30%~300%，3000次充放电后电容保持率仍能达到97%。且该方法原料易得，操作简单，为碳电极材料的应用和研发提供了新的思路。
活性炭在制备电极过程中，活性炭的很多孔道因为外力压缩而受损，导致可利用比表面积减少，另外活性炭由于其润湿性不强在电化学过程中导致有效比表面积减少而导致电容能力下降。本发明是相当于以在活性炭电极孔道为反应空间，使植物纤维通过聚合反应合成少量非定型的吸水性物质，该发明所采用的聚合反应与传统工艺相比弱化了植物纤维苛化步骤，主要是严格控制吸水率在较低水平，防止该物质吸水后过渡膨胀，因此该物质具有一定的吸水能力，吸收后轻微膨胀，可使部分受损孔道空间重新被打开，同时该膨胀又不会破坏电极结构；另外在空隙内所合成的吸水性物质的吸水性可使整个电极具有更好的润湿性能，因此在水系电解液条件下，该电极能够显示出高比电容、高倍率性的特点。
附图说明
图1 5mV/s扫描速率下活性炭（AC）和植物纤维掺杂改性(MAC)电极循环伏安图。
具体实施方式
实施例1
（1）将干燥活性炭研磨，过300目筛，干燥备用；
（2）将新鲜甘蔗去皮，压榨去除汁液后粉碎，用自来水去清洗干净并烘干，干燥后用粉碎机制成甘蔗纤维粉末，再用纳米研磨机将甘蔗纤维粉末研磨至50nm 以下备用；
（3）分别取活性炭85g、乙炔黑（导电剂）5g、纳米级的甘蔗纤维5g和聚四氟乙烯（PTFE）5g混合，再加入约300g的氮甲基吡咯烷酮溶液，边搅拌边加热让溶剂缓慢挥发并让混合物混合均匀，直至混合物变成粘稠状，得到混合物A；
（4）在混合物A上滴入称取好的少量无水乙醇（约为混合物A质量的5%），得到混合物B；
（5）将混合物B用压片机在15MPa下压制成电极，60℃真空干燥12小时，待冷却降温后取出，得到电极A；
（6）取市售的工业品丙烯酸，加入KOH固体颗粒配置中和度为70%的丙烯酸溶液；取100g步骤（5）中制得的电极A，在反应器中加入500g的蒸馏水，将电极A放入反应器中，然后将800g配置好的70%中和度的丙烯酸溶液加入到反应器中，再加入50g N，N－亚甲基双丙烯酰胺，以及20g过硫酸钾；药品加入完毕后迅速用氮气置换反应器内气体，并可将氮气通气管插入到液面下进行缓慢鼓气起到搅拌作用（请勿使用搅拌转子或搅拌棒搅拌），鼓气50分钟；
（7）保持氮气通入的情况下缓慢升温到50℃后，保温2小时后降温至常温；
（8）将反应器中电极取出用蒸馏水冲洗干净后，放到真空干燥箱内，在60℃条件下干燥6小时以上直至电极重量不发生变化，得到电极B；
（9）将电极B用黏贴到涂有石墨导电胶的镍箔上，60℃真空干燥12小时，待冷却降温后取出，即得到成品的碳电极C。
实施例1中，产品碳电极的指标如下：比电容215.2F/g，3000次充放电后电容保持率98%。
实施例2
（1）将干燥活性炭研磨，过300目筛，干燥备用；
（2）竹子清洗后晾干粉碎得到竹子纤维，将其用碱性双氧水浸泡30min，然后抽滤，用清水洗净、烘干粉碎备用，得到苛化的植物纤维；将苛化处理的植物纤维用纳米研磨机研磨到粒径50纳米以下备用；（3）分别取活性炭85g、乙炔黑（导电剂）5g、纳米级的竹子纤维5g和聚四氟乙烯（PTFE）5g混合，再加入约300g的氮甲基吡咯烷酮溶液，边搅拌边加热让溶剂缓慢挥发并让混合物混合均匀，直至混合物变成粘稠状，得到混合物A；
（4）在混合物A上滴入称取好的少量无水乙醇（约为混合物A质量的5% ），得到混合物B；（5）将混合物B用压片机在20MPa下压制成电极，70℃真空干燥10小时，待冷却降温后取出，得到电极A；
（6）配置浓度为30wt%的丙烯酰胺溶液，在一反应器中放入配置好的1000g丙烯酰胺溶液，加入500g的蒸馏水，再将100g电极A放入反应器中，再加入50g N，N－亚甲基双丙烯酰胺和15g硫酸铵；药品加入完毕后迅速用氮气置换反应器内气体，并可将氮气通气管插入到液面下进行缓慢鼓气起到搅拌作用（请勿使用搅拌转子或搅拌棒搅拌），鼓气50分钟；
（7）保持氮气通入的情况下缓慢升温到80℃，保温5小时后降温至常温；
（8）将反应器中电极取出用蒸馏水冲洗干净后，放到真空干燥箱内，在60℃条件下干燥6小时以上直至电极重量不发生变化，得到电极B；
（9）将电极B用黏贴到涂有石墨导电胶的铜箔上，60℃真空干燥12小时，待冷却降温后取出，即得到成品的碳电极C。
实施例2中，产品碳电极的指标如下：比电容196.2F/g，3000次充放电后电容保持率98%。
实施例3
（1）将干燥活性炭研磨，过300目筛，干燥备用；
（2）麦秆清洗干净后晾干粉碎，得到麦秆纤维，再用纳米研磨机将麦秆纤维粉末研磨至50nm 以下备用；
（3）分别取活性炭85g、乙炔黑（导电剂）5g、纳米级的麦秆纤维5g、聚四氟乙烯（PTFE）5g混合，再加入200g氮甲基吡咯烷酮溶液，边搅拌边加热让溶剂缓慢挥发并让混合物混合均匀，直至混合物变成粘稠状，得到混合物A；
（4）在混合物A上滴入称取好的少量无水乙醇（约为混合物A质量的5% ）；
（5）用压片机在20MPa下压制成电极，70℃真空干燥10小时，待冷却降温后取出，得到电极A；
（6）采用NaOH中和配置中和度为75%的丙烯酸溶液，取步骤（5）制得的电极A 100g，在一反应器中加入500g的蒸馏水，并将电极A放入反应器中，然后将配置好的75%中和度的丙烯酸溶液加入到反应器中，其重量为500g，再加入40g N，N－亚甲基双丙烯酰胺和20g过硫酸钠；药品加入完毕后迅速用氮气置换反应器内气体，并可将氮气通气管插入到液面下进行缓慢鼓气起到搅拌作用（请勿使用搅拌转子或搅拌棒搅拌），鼓气50分钟；
（7）保持氮气通入的情况下缓慢升温到45℃，保温8小时后降温至常温；
（8）将反应器中电极取出用蒸馏水冲洗干净后，放到真空干燥箱内，在60℃条件下干燥6小时以上直至电极重量不发生变化，得到电极B；
（9）将电极B用黏贴到涂有石墨导电胶的镍箔上，60℃真空干燥12小时，待冷却降温后取出，即得到成品的碳电极C。
实施例3中，产品碳电极的指标如下：比电容212.0F/g，3000次充放电后电容保持率97.7%。
实施例4
（1）将干燥活性炭研磨，过300目筛，干燥备用；
（2）将芒果树枝清洗、烘干、粉碎，得到基于芒果树枝的木质纤维粉末，再用纳米研磨机将芒果树枝纤维粉末研磨至50nm以下备用；
（3）分别取活性炭80g、乙炔黑（导电剂）7g、纳米级的芒果树枝纤维8g和聚四氟乙烯（PTFE）5g混合，再加入约800g的无水乙醇，边搅拌边加热让溶剂缓慢挥发并让混合物混合均匀，直至混合物变成粘稠状，得到混合物A；
（4）在混合物A上滴入称取好的少量无水乙醇（约为混合物A质量的5%），得到混合物B；
（5）将混合物B用压片机在15MPa下压制成电极，60℃真空干燥12小时，待冷却降温后取出，得到电极A；
（6）取市售的工业品丙烯酸，加入KOH固体颗粒配置中和度为70%的丙烯酸溶液；取100g步骤(5)中制得的电极A，在反应器中加入500g的蒸馏水，将电极A放入反应器中，然后将800g配置好的70%中和度的丙烯酸溶液加入到反应器中，再加入50g N，N－亚甲基双丙烯酰胺，以及20g过硫酸钾；药品加入完毕后迅速用氮气置换反应器内气体，并可将氮气通气管插入到液面下进行缓慢鼓气起到搅拌作用（请勿使用搅拌转子或搅拌棒搅拌），鼓气50分钟；
（7）保持氮气通入的情况下缓慢升温到50℃后，保温2小时后降温至常温；
（8）将反应器中电极取出用蒸馏水冲洗干净后，放到真空干燥箱内，在60℃条件下干燥6小时以上直至电极重量不发生变化，得到电极B；
（9）将电极B用黏贴到涂有石墨导电胶的镍箔上，60℃真空干燥12小时，待冷却降温后取出，即得到成品的碳电极C。
实施例4中，产品碳电极的指标如下：比电容210F/g，3000次充放电后电容保持率98%。
实施例5
（1）将干燥活性炭研磨，过300目筛，干燥备用；
（2）将新鲜甘蔗去皮，压榨去除汁液后粉碎，用自来水去清洗干净并烘干，干燥后用粉碎机制成甘蔗纤维粉末，再用纳米研磨机将甘蔗纤维粉末研磨至50nm 以下备用；
（3）分别取活性炭75g、乙炔黑（导电剂）8g、纳米级的甘蔗纤维8g和聚四氟乙烯（PTFE）9g混合，再加入约700g的氮甲基吡咯烷酮溶液，边搅拌边加热让溶剂缓慢挥发并让混合物混合均匀，直至混合物变成粘稠状，得到混合物A；
（4）在混合物A上滴入称取好的少量无水乙醇（约为混合物A质量的5%），得到混合物B；
（5）将混合物B用压片机在30MPa下压制成电极，60℃真空干燥12小时，待冷却降温后取出，得到电极A；
（6）取市售的工业品丙烯酸，加入KOH固体颗粒配置中和度为70%的丙烯酸溶液；取100g步骤（5）中制得的电极A，在反应器中加入1000g的蒸馏水，将电极A放入反应器中，然后将1000g配置好的70%中和度的丙烯酸溶液加入到反应器中，再加入50g N，N－亚甲基双丙烯酰胺，以及20g过硫酸钾；药品加入完毕后迅速用氮气置换反应器内气体，并可将氮气通气管插入到液面下进行缓慢鼓气起到搅拌作用（请勿使用搅拌转子或搅拌棒搅拌），鼓气80分钟；
（7）保持氮气通入的情况下缓慢升温到80℃后，保温1.5小时后降温至常温；
（8）将反应器中电极取出用蒸馏水冲洗干净后，放到真空干燥箱内，在60℃条件下干燥6小时以上直至电极重量不发生变化，得到电极B；
（9）将电极B用黏贴到涂有石墨导电胶的镍箔上，60℃真空干燥12小时，待冷却降温后取出，即得到成品的碳电极C。
实施例5中，产品碳电极的指标如下：比电容195F/g，3000次充放电后电容保持率97.5%。
对比例1
将干燥活性炭研磨，过300目筛，干燥备用。将上述活性炭与乙炔黑、活性炭纤维粉、聚四氟乙烯（PTFE）按质量比85：5：5：5混合，再加入与这四种物质的混合物3倍质量的氮甲基吡咯烷酮溶液作为溶剂，边加热边搅拌至溶剂大量挥发，得到粘稠混合物A；在混合物A上滴入少量无水乙醇，用压片机在15MPa下压制成电极，60℃真空干燥12小时，待冷却降温后取出，得到电极A。将电极A粘结到涂有石墨导电胶的平整镍网上，60℃真空干燥12小时，待冷却降温后取出，得到碳电极B。
产品碳电极的指标如下：比电容68.7F/g，3000次充放电后电容保持率97%。

Claims (10)

1.一种植物纤维掺杂及聚合改性活性炭碳电极的制备方法，其特征在于步骤如下：
（1）将活性炭过筛、干燥备用；
（2）取得新鲜的植物纤维，用清水洗净、烘干粉碎后，用纳米研磨机研磨到粒径50纳米以下；
（3）将步骤（1）中制得的活性炭、步骤（2）中制得的植物纤维、导电剂和粘结剂均匀混合，再加入一定量有机溶剂，边加热边搅拌直至溶剂完全挥发，得到混合物A；
（4）在混合物A上滴入少量乙醇或甲醇，得到混合物B；
（5）将混合物B用压片机在15-40MPa下压制后，于40-90℃中真空干燥5-20小时，待冷却降温后取出，得到电极A；
（6）在密闭反应器中加入一定量的电极A、蒸馏水、聚合单体溶液、交联剂、引发剂，并通入过量惰性气体进入该反应器，然后在惰性气氛下保持30-120分钟；
（7）反应器继续保持惰性气氛，然后升温到40-90℃，保温1-6小时，降温至常温；
（8）将步骤（7）的反应器中的电极取出，用大量清水冲洗，在50-80℃条件下真空干燥6小时以上可得到电极B；
（9）将电极B黏贴到涂有导电胶的集流板上，真空干燥即得到成品改性的碳电极C。
2.如权利要求1所述的一种植物纤维掺杂及聚合改性活性炭碳电极的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述的植物纤维为甘蔗纤维、竹子纤维、秸秆纤维、木质纤维等的任意一种。
3.如权利要求1所述的一种植物纤维掺杂及聚合改性活性炭碳电极的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，按照重量份数，所述的活性炭为70-85份、所述的植物纤维为5-10份、所述的导电剂为5-10份、所述的粘结剂为5-10份，所述的有机溶剂的质量为前述几种物质混合总质量的1-10倍。
4.如权利要求3所述的一种植物纤维掺杂及聚合改性活性炭碳电极的制备方法，其特征在于：所述的导电剂为乙炔黑、石墨粉、碳纳米管或石墨烯中的任意一种或几种组合，所述的粘结剂为聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。
5.如权利要求3所述的一种植物纤维掺杂及聚合改性活性炭碳电极的制备方法，其特征在于：所述的有机溶剂为无水乙醇或氮甲基吡咯烷酮。
6.如权利要求1所述的一种植物纤维掺杂及聚合改性活性炭碳电极的制备方法，其特征在于：步骤（6）中，按照重量份数，在密闭反应器中加入所述的电极A 为1-2份、所述的蒸馏水为5-20份、所述的聚合单体溶液为1-20份、所述的交联剂为0.1-5份、所述的引发剂为0.1-5份。
7.如权利要求1所述的一种植物纤维掺杂及聚合改性活性炭碳电极的制备方法，其特征在于：步骤（6）中，所述的聚合单体为丙烯酰胺、丙烯腈或者丙烯酸的任意一种。
8.如权利要求1所述的一种植物纤维掺杂及聚合改性活性炭碳电极的制备方法，其特征在于：步骤（6）中，所述的引发剂为过硫酸盐，包括过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠等的任意一种。
9.如权利要求1所述的一种植物纤维掺杂及聚合改性活性炭碳电极的制备方法，其特征在于：步骤（6）中，所述的交联剂为N，N－亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯基苯、二异氰酸酯等的任意一种。
10.如权利要求1所述的一种植物纤维掺杂及聚合改性活性炭碳电极的制备方法，其特征在于：步骤（9）中所述的导电胶为炭系导电胶、银系导电胶、金系导电胶或者铜系导电中的任意一种，所述的集流板为金属集流板或者碳集流板。
CN202110521101.3A 2021-05-13 2021-05-13 一种植物纤维掺杂及聚合改性活性炭碳电极的制备方法 Active CN113223873B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110521101.3A CN113223873B (zh) 2021-05-13 2021-05-13 一种植物纤维掺杂及聚合改性活性炭碳电极的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110521101.3A CN113223873B (zh) 2021-05-13 2021-05-13 一种植物纤维掺杂及聚合改性活性炭碳电极的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113223873A true CN113223873A (zh) 2021-08-06
CN113223873B CN113223873B (zh) 2022-10-14

Family

ID=77095532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110521101.3A Active CN113223873B (zh) 2021-05-13 2021-05-13 一种植物纤维掺杂及聚合改性活性炭碳电极的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113223873B (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006125358A1 (fr) * 2005-05-27 2006-11-30 Btr Energy Materials Co., Ltd. Materiau de carbone composite d'electrode negative dans une batterie ion-lithium et son procede de preparation
JP2011026760A (ja) * 2009-06-26 2011-02-10 Daicel Chemical Industries Ltd 微小繊維及びその製造方法並びに不織布
CN103996549A (zh) * 2014-06-10 2014-08-20 北京理工大学 一种纤维素纳米纤维电致变色超级电容器的制备方法
WO2014162267A1 (en) * 2013-04-02 2014-10-09 Israzion Ltd. Process of converting textile or plastic solid waste into activated carbon
CN105845451A (zh) * 2016-01-08 2016-08-10 西北工业大学 一种基于植物纤维基超级电容器电极材料及制备方法
CN107266790A (zh) * 2017-07-31 2017-10-20 河南工学院 一种透气边框和制备方法及超级电容测试用散热装置
CN107481868A (zh) * 2017-08-04 2017-12-15 青海大学 一种改性碳电极的制备方法
CN107818844A (zh) * 2017-09-18 2018-03-20 佛山市华辉电源线材有限公司 一种耐高温电源线的生产工艺
CN109360739A (zh) * 2018-12-17 2019-02-19 中南林业科技大学 负载镍/氧化镍的碳纳米纤维电极材料的制备方法
CN109786119A (zh) * 2019-01-23 2019-05-21 三峡大学 一种多孔电极及其导电化处理的方法
CN111799104A (zh) * 2020-07-20 2020-10-20 百色学院 一种生物降解及微波处理结合改性碳电极的制备方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006125358A1 (fr) * 2005-05-27 2006-11-30 Btr Energy Materials Co., Ltd. Materiau de carbone composite d'electrode negative dans une batterie ion-lithium et son procede de preparation
JP2011026760A (ja) * 2009-06-26 2011-02-10 Daicel Chemical Industries Ltd 微小繊維及びその製造方法並びに不織布
WO2014162267A1 (en) * 2013-04-02 2014-10-09 Israzion Ltd. Process of converting textile or plastic solid waste into activated carbon
CN103996549A (zh) * 2014-06-10 2014-08-20 北京理工大学 一种纤维素纳米纤维电致变色超级电容器的制备方法
CN105845451A (zh) * 2016-01-08 2016-08-10 西北工业大学 一种基于植物纤维基超级电容器电极材料及制备方法
CN107266790A (zh) * 2017-07-31 2017-10-20 河南工学院 一种透气边框和制备方法及超级电容测试用散热装置
CN107481868A (zh) * 2017-08-04 2017-12-15 青海大学 一种改性碳电极的制备方法
CN107818844A (zh) * 2017-09-18 2018-03-20 佛山市华辉电源线材有限公司 一种耐高温电源线的生产工艺
CN109360739A (zh) * 2018-12-17 2019-02-19 中南林业科技大学 负载镍/氧化镍的碳纳米纤维电极材料的制备方法
CN109786119A (zh) * 2019-01-23 2019-05-21 三峡大学 一种多孔电极及其导电化处理的方法
CN111799104A (zh) * 2020-07-20 2020-10-20 百色学院 一种生物降解及微波处理结合改性碳电极的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BING WANG 等: "Properties of activated carbon regulated by rapid cooling treatment after pyrolysis", 《PROPERTIES OF ACTIVATED CARBON REGULATED BY RAPID COOLING TREATMENT AFTER PYROLYSIS》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113223873B (zh) 2022-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5032628A (en) Process for the preparation of a highly water absorptive resin from acrylic resin, epoxy crosslinker and hydrophilic silicate
CN106340401B (zh) 一种复合电极材料的制备方法及其应用
CN112500530B (zh) 一种碳酸钙/甘蔗渣纤维素基高吸水树脂及其制备方法
CN103275450B (zh) 一种高吸水性树脂的制备方法
CN113035578A (zh) 一种石墨烯/碳气凝胶复合材料及制备方法
CN102702656B (zh) 一种高通液性吸水树脂的制备方法
CN108250463A (zh) 一种纳米纤维素/海藻酸钠导电水凝胶的制备方法
CN112920332B (zh) 一种多样废弃物交联制备绿色水凝胶的方法
CN114156093B (zh) N/o共掺杂的硫化钼@多孔碳复合电极材料及其制备方法和应用
CN109208375A (zh) 一种低紧度免碳化固态电解电容器纸及其制备方法
CN1743542A (zh) 高吸水纤维及其制造方法
CN110240142A (zh) 微观结构易于调控的多孔碳电极材料及其制备方法和用途
CN113223873B (zh) 一种植物纤维掺杂及聚合改性活性炭碳电极的制备方法
CN114784257A (zh) 一种锂硫电池正极材料的制备方法
CN113150216B (zh) 一种农用保水剂及其制备方法
CN110380032A (zh) 一种过渡金属氧化物/碳纳米纤维负极材料的制备方法
JP4483784B2 (ja) 電気二重層キャパシタ電極用バインダー
CN114975848A (zh) 纳米纤维素及水系锌离子电池柔性自支撑正极的制备方法
do Nascimento et al. Development of an integrated process to produce CNFs and lignin and its potential applications for agrochemical delivery
CN109535463A (zh) 一种tpu导电薄膜的制备方法
CN109786119B (zh) 一种多孔电极及其导电化处理的方法
CN113042007A (zh) 改性氧化石墨烯复合气凝胶型染料吸附剂及其制备方法和应用
CN112429714A (zh) 一种改性超级电容炭的制备工艺
CN111087558A (zh) 一种改性丙烯酸基高强度耐盐高吸收性树脂及其制备方法
CN116554396B (zh) 一种聚丙烯腈基纳米球改性的聚丙烯酰胺-丙烯酸凝胶电解质及其制备方法与它的用途

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20210806

Assignee: Yulin Qingzhao Intelligent Electronic Technology Co.,Ltd.

Assignor: BAISE University

Contract record no.: X2023980045577

Denomination of invention: Preparation Method of Plant Fiber Doped and Polymerized Modified Activated Carbon Carbon Electrode

Granted publication date: 20221014

License type: Common License

Record date: 20231106

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract