CN113540449B - 农作物秸秆分级处理制备环保可再生锌离子电池的方法 - Google Patents

农作物秸秆分级处理制备环保可再生锌离子电池的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113540449B
CN113540449B CN202110783459.3A CN202110783459A CN113540449B CN 113540449 B CN113540449 B CN 113540449B CN 202110783459 A CN202110783459 A CN 202110783459A CN 113540449 B CN113540449 B CN 113540449B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ion battery
zinc
zinc ion
cellulose
lignin
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.)
Active
Application number
CN202110783459.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113540449A (zh
Inventor
丁军伟
王诗文
古林青
方少明
吴诗德
姬东方
曹小玉
冯朴
赖智龙
张航
闫继
韩莉锋
郭东杰
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.)
Zhengzhou University of Light Industry
Original Assignee
Zhengzhou University of Light Industry
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 Zhengzhou University of Light Industry filed Critical Zhengzhou University of Light Industry
Priority to CN202110783459.3A priority Critical patent/CN113540449B/zh
Publication of CN113540449A publication Critical patent/CN113540449A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113540449B publication Critical patent/CN113540449B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • 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
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • 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
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • 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
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0085—Immobilising or gelification of electrolyte
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明涉及一种农作物秸秆分级处理制备环保可再生锌离子电池的方法，该方法以农作物秸秆为前驱体，通过对农作物秸秆进行化学分级处理，得到具有不同功能的木质素、纤维素和生物碳，进而制备基于木质素、纤维素和生物碳的锌离子电池正极、凝胶或固态电解质和表面修饰的锌负极，最终得到具有环保可再生功能的锌离子电池；该法克服了常规制备锌离子电池电极材料和电解质时存在的经济成本高和无法循环利用的问题，得到具有环保可再生特性的锌离子电池，比容量高于150mAhg‑1，电压平台高，倍率性能好，循环性能优异。该法可从廉价易得的农作物秸秆出发，通过重复性高、过程简单、耗时少的工艺制备获得，适于工业化生产。

Description

农作物秸秆分级处理制备环保可再生锌离子电池的方法
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体涉及一种采用基于农作物秸秆的分级处理制备具有环保可再生功能的锌离子电池的方法。
背景技术
我国具有丰富的农作物秸秆资源，目前农作物秸秆的常规用途包括：用作燃料、饲料、肥料、工业原料、食用菌基料。其中，秸秆的有效工业原料利用是很有前景的发展方向。与此同时，水系锌离子电池因其丰富的锌自然资源、安全性和成本效益而有望成为最具有应用前景的水系二次电池。
当前技术绝大多数基于锌离子电池正极、隔膜、电解质和负极中的某一个或两个结构组分，采用特定的方法和材料进行研究，克服存在的挑战，并提升特定锌离子电池组分的性能。
然而对于如何从根本上实现锌离子电池的环境友好是急需要解决的问题。从锌离子电池正极、电解质和负极的全部组分协同考虑，并采用基于农作物秸秆的生物质材料进行制备环保可再生的锌离子电池，国内外的相关研究都还处于起步阶段，是非常具有发展前景的方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术普遍仅从锌离子电池的正极、电解质和负极等组成单元中的特定组分开发可再生锌离子电池，提供一种能够基于锌离子电池的全部组成单元，从而实现锌离子电池的环保可再生循环利用。而且是借助于农作物秸秆的分级处理实现的，具有广阔的应用前景。
为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：
一种农作物秸秆分级处理制备具有环保可再生功能锌离子电池的方法，该方法以农作物秸秆为前驱体，通过对其进行化学分级处理，得到具有不同功能的木质素、纤维素和生物碳等组分，进而制备基于木质素、纤维素和生物碳的锌离子电池的正极、凝胶或固态电解质和表面修饰的锌负极，最终得到具有环保可再生功能的锌离子电池。
根据本发明的一个具体和优选方面，所述的制备方法包括如下步骤：
(1)把农作物秸秆粉碎至粉末状，进而用酸/碱把粉末状农作物秸秆进行预处理和分级提取，依次得到木质素、纤维素和半纤维素；把预处理和分级提取得到的废料(半纤维素属于废料，用于碳化，得到生物碳)进行分步碳化得到生物碳；
(2)把得到的木质素和生物碳用于制备锌离子电池复合正极；把得到的纤维素和锌盐制备凝胶或固态锌离子电池电解质；用纤维素涂覆锌负极得到具有纤维素修饰的锌离子电池负极；
(3)把得到的木质素生物碳复合正极、凝胶或固态电解质和纤维素修饰锌负极组装成具有可再生功能的锌离子电池，当达到其使用寿命后，废旧电池的各组分可以实现循环利用。
进一步地，所述步骤(1)中所述农作物秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、大豆秸秆、棉花秸秆或高粱秸秆中的一种或几种。
进一步地，所述步骤(1)中的酸为硫酸、盐酸、磷酸和硝酸中的一种或几种；碱为氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钾和氨水中的一种或几种。
进一步地，所述步骤(2)中的木质素与生物碳的质量比为(1～5):1。
进一步地，所述步骤(2)中的纤维素与锌盐的质量比为(2～50):1；锌盐为硫酸锌、氯化锌和三氟甲烷磺酸锌中的一种。
进一步地，所述步骤(2)中纤维素配置成质量分数为5％～20％的水溶液，而后通过旋涂的方式在锌负极表面进行修饰。
本发明还涉及一种上述制备得到的锌离子电池具有环保可再生功能，即达到使用寿命后，锌负极中的金属锌能回收利用；正极和电解质中的组分也能碳化实现循环利用，从而实现电池的循环利用。
根据一个具体方面，采取如下步骤来制备出环保可再生锌离子电池：
(1)将木质素和生物碳复合正极、乙炔黑、聚偏二氟乙烯，按质量比7:2:1的比例混合均匀，用氮甲基吡咯烷酮调制成膏状物后均匀涂在钛箔上；
(2)在真空烘箱中80℃下干燥12小时得到正极片；
(3)在扣式CR2032型电池壳中，采用纤维素-硫酸锌的凝胶/固态电解质，负极采用纤维素修饰的锌片。
电极材料的可逆容量和循环性能，实验采用恒流充放电进行测试分析。充放电制度为：电压范围：0.2-1.8V；循环次数一般为1-3000次。
本发明制备的环保可再生锌离子电池，比容量高于150mAhg-1，电压平台高，倍率性能好，且循环性能优异。
由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明采用容易获得的农作物秸秆为前驱体原料；(2)利用分级处理的方法实现了农作物秸秆的充分利用；(3)首次实现了锌离子电池的环保可再生循环利用；(4)所得环保可再生的锌离子电池的容量大于150mAhg-1，且具有好的倍率和循环性能。
综上，本发明的基于小麦秸秆的分级处理制备锌离子电池，且得到的锌离子电池具有循环利用的特性；此外，该制备方法从易得到的而且价格低廉的农作物秸秆出发，通过重复性高、过程简单、耗时少的工艺制备获得，非常适于工业化生产。
附图说明
图1为实施例1基于小麦秸秆的分级处理制备环保可再生锌离子电池的技术流程图；
图2为实施例1制备得到的中间产物-生物碳的扫描电镜图(SEM)，可以看出产物具有颗粒和片状形貌结构；
图3为实施例1制备的环保可再生锌离子电池的倍率性能图，可以看出具有优异的倍率性能；
图4为实施例1制备的环保可再生锌离子电池的大电流循环性能图，可以看出其具有良好的循环稳定性；
图5为实施例2基于玉米秸秆的分级处理制备环保可再生锌离子电池的技术流程图；
图6为实施例3基于水稻秸秆的分级处理制备环保可再生锌离子电池的技术流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
本实施例的基于小麦秸秆的分级处理制备环保可再生锌离子电池的方法，步骤如下：
(1)把小麦秸秆粉碎至粉末状，进而用浓硫酸把粉末状小麦秸秆进行预处理和分级提取，依次得到木质素、纤维素和半纤维素。具体包含三个步骤，木质素的提取:准确称取10克小麦秸秆，将其装入250mL的烧瓶中，加入一定量的浓硫酸和乙醇，温度76℃，常压下反应一定时间，反应完毕后，对其进行抽滤，并用蒸馏水洗涤至滤液澄清，固体物在105℃的烘箱中烘至恒重，置于干燥器中备用，把上述抽滤废液进行常压蒸馏，将烧瓶中的残留物过滤或离心得沉淀物，并用蒸馏水洗涤3次，再将固体物于45℃的烘箱中烘至恒重，置于干燥器，得紫黑色粉末状物质即为木质素；半纤维素的提取:准确称取10克经木质素提取工艺处理后的小麦秸秆固体物，装入500mL的烧瓶中，并加入一定量的稀氢氧化钠溶液，水浴中回流蒸煮，待溶液冷却至室温后，对其抽滤，并用蒸馏水洗涤至滤液澄清，将固体物在105℃的烘箱中烘至恒重，置于干燥器，即得粗纤维素，对稀碱法脱除半纤维素后所得滤液，装入500mL的烧瓶中，加入一定量乙醇试剂后静置，过滤或离心得沉淀物，用无水乙醇洗涤沉淀物2次，将沉淀物于45℃的烘箱中烘至恒重，置于干燥器中冷却至室温，即得浅黄色粉末状半纤维素；纤维素的提取提纯:将经半纤维素脱出后的粗纤维素装入500mL的烧瓶中，加入一定量过氧化氢；水浴温度为46℃，反应完毕后，对其进行抽滤，并用蒸馏水洗涤至滤液澄清，剩余固体物在105℃的烘箱中烘至恒重，置于干燥器中冷却至室温，即得白色纤维素。而后把预处理和分级提取得到的废料，进行分步碳化得到生物碳，温度分别为350和800℃，时间分别为2和6小时，升温速率都为5℃每分钟；
(2)把得到的木质素和生物碳用于制备锌离子电池复合正极，木质素与生物碳的质量比为1:1，进而通过机械球磨的方法使木质素和生物碳混合均匀，而后通过传统涂覆法制备锌离子电池正极片；把得到的纤维素和硫酸锌制备锌离子电池凝胶电解质，纤维素与硫酸锌的质量比为2:1，如取2克纤维素和1克硫酸锌，加入到10毫升去离子水中，通过室温下磁力搅拌得到凝胶电解质；把纤维素配置成质量分数为5％的水溶液，而后通过旋涂的方式在锌负极表面进行修饰，纤维素修饰层的厚度约为200纳米；
(3)把得到的木质素生物碳复合正极、凝胶/固态电解质和纤维素修饰锌负极组装成具有可再生功能的纽扣型锌离子电池。
对小麦秸秆分级处理制备环保可再生锌离子电池的技术流程、中间产物和电池性能进行分析表征。从图1可以看出，整个技术流程图具有环保可再生的特性；从图2可以看出，得到生物碳具有球形和片状的形貌；而且从图3和图4可以进一步看出，得到的环保可再生锌离子电池优异的倍率和循环性能。
如表1所示，在1C充放电时，电池的首次放电比容量是155mAhg-1；3000次循环后比容量为131mAhg-1。
实施例2
本实施例的基于玉米秸秆的分级处理制备环保可再生锌离子电池的方法，步骤如下：
(1)把玉米秸秆粉碎至粉末状，进而用6M氢氧化钾把粉末状玉米秸秆进行预处理和分级提取，依次得到木质素、纤维素和半纤维素；把预处理和分级提取得到的废料，进行分步碳化得到生物碳；
(2)把得到的木质素和生物碳用于制备锌离子电池复合正极，木质素与生物碳的质量比为5:1；把得到的纤维素和氯化锌制备凝胶锌离子电池电解质，纤维素与氯化锌的质量比为50:1；把纤维素配置成质量分数为20％的水溶液，而后通过旋涂的方式在锌负极表面进行修饰；
(3)把得到的木质素生物碳复合正极、凝胶/固态电解质和纤维素修饰锌负极组装成具有可再生功能的纽扣型锌离子电池。
对玉米秸秆分级处理制备环保可再生锌离子电池的技术流程进行分析。从图5可以看出，整个技术流程图具有环保可再生的特性。
如表1所示，在1C充放电时，得到的环保可再生锌离子电池的首次放电比容量是165mAhg-1；3000次循环后比容量为121mAhg-1。
实施例3
本实施例的基于水稻秸秆的分级处理制备环保可再生锌离子电池的方法，步骤如下：
(1)把水稻秸秆粉碎至粉末状，进而用浓氨水把粉末状水稻秸秆进行预处理和分级提取，依次得到木质素、纤维素和半纤维素；把预处理和分级提取得到的废料，进行分步碳化得到生物碳；
(2)把得到的木质素和生物碳用于制备锌离子电池复合正极，木质素与生物碳的质量比为2:1；把得到的纤维素和三氟甲烷磺酸锌制备凝胶锌离子电池电解质，纤维素与三氟甲烷磺酸锌的质量比为10:1；把纤维素配置成质量分数为15％的水溶液，而后通过旋涂的方式在锌负极表面进行修饰；
(3)把得到的木质素生物碳复合正极、凝胶/固态电解质和纤维素修饰锌负极组装成具有可再生功能的纽扣型锌离子电池。
对水稻秸秆分级处理制备环保可再生锌离子电池的技术流程进行分析表征。从图6可以看出，整个技术流程图具有环保可再生的特性。
如表1所示，在1C充放电时，得到的环保可再生锌离子电池的首次放电比容量是175mAhg-1；3000次反循环后比容量为127mAhg-1。
实施例4
本实施例的基于小麦、玉米和水稻秸秆的分级处理制备环保可再生锌离子电池的方法，步骤如下：
(1)把质量比为1:1:1的小麦、玉米和水稻秸秆粉碎至粉末状，进而用浓硝酸把粉末状小麦、玉米和水稻秸秆混合物进行预处理和分级提取，依次得到木质素、纤维素和半纤维素；把预处理和分级提取得到的废料，进行分步碳化得到生物碳；
(2)把得到的木质素和生物碳用于制备锌离子电池复合正极，木质素与生物碳的质量比为3:1；把得到的纤维素和硫酸锌制备固态锌离子电池电解质，纤维素与硫酸锌的质量比为48:1；把纤维素配置成质量分数为15％的水溶液，而后通过旋涂的方式在锌负极表面进行修饰；
(3)把得到的木质素生物碳复合正极、凝胶/固态电解质和纤维素修饰锌负极组装成具有可再生功能的纽扣型锌离子电池。
将环保可再生锌离子电池进行相应的性能测试，结果如表1所示，在1C充放电时，得到的环保可再生锌离子电池的首次放电比容量是181mAhg-1；3000次反循环后比容量为129mAhg-1。
实施例5
本实施例的基于小麦和玉米秸秆的分级处理制备环保可再生锌离子电池的方法，步骤如下：
(1)把质量比为1:1的小麦和玉米秸秆粉碎至粉末状，进而用质量比为1:1:1的浓硫酸、浓磷酸和浓硝酸把粉末状小麦和玉米秸秆混合物进行预处理和分级提取，依次得到木质素、纤维素和半纤维素；把预处理和分级提取得到的废料，进行分步碳化得到生物碳；
(2)把得到的木质素和生物碳用于制备锌离子电池复合正极，木质素与生物碳的质量比为4:1；把得到的纤维素和氯化锌制备凝胶锌离子电池电解质，纤维素与氯化锌的质量比为10:1；把纤维素配置成质量分数为18％的水溶液，而后通过旋涂的方式在锌负极表面进行修饰；
(3)把得到的木质素生物碳复合正极、凝胶/固态电解质和纤维素修饰锌负极组装成具有可再生功能的纽扣型锌离子电池。
将环保可再生锌离子电池进行相应的性能测试，结果如表1所示，在1C充放电时，得到的环保可再生锌离子电池的首次放电比容量是176mAhg-1；3000次反循环后比容量为119mAhg-1。
实施例6
本实施例的基于小麦秸秆的分级处理制备环保可再生锌离子电池的方法，步骤如下：
(1)把小麦秸秆粉碎至粉末状，进而用质量比为1:1:1的6M的氢氧化钾、3M的氢氧化钠和2M的氢氧化锂把粉末状小麦秸秆进行预处理和分级提取，依次得到木质素、纤维素和半纤维素；把预处理和分级提取得到的废料，进行分步碳化得到生物碳；
(2)把得到的木质素和生物碳用于制备锌离子电池复合正极，木质素与生物碳的质量比为2:1；把得到的纤维素和硫酸锌制备凝胶锌离子电池电解质，纤维素与硫酸锌的质量比为36:1；把纤维素配置成质量分数为17％的水溶液，而后通过旋涂的方式在锌负极表面进行修饰；
(3)把得到的木质素生物碳复合正极、凝胶/固态电解质和纤维素修饰锌负极组装成具有可再生功能的纽扣型锌离子电池。
将环保可再生锌离子电池进行相应的性能测试，结果如表1所示。
实施例7
本实施例的基于玉米秸秆的分级处理制备环保可再生锌离子电池的方法，步骤如下：
(1)把玉米秸秆粉碎至粉末状，进而用6M氢氧化钾把粉末状玉米秸秆进行预处理和分级提取，依次得到木质素、纤维素和半纤维素；把预处理和分级提取得到的废料，进行分步碳化得到生物碳；
(2)把得到的木质素和生物碳用于制备锌离子电池复合正极，木质素与生物碳的质量比为3:1；把得到的纤维素和硫酸锌制备凝胶锌离子电池电解质，纤维素与硫酸锌的质量比为12:1；把纤维素配置成质量分数为8％的水溶液，而后通过旋涂的方式在锌负极表面进行修饰；
(3)把得到的木质素生物碳复合正极、凝胶/固态电解质和纤维素修饰锌负极组装成具有可再生功能的纽扣型锌离子电池。
将环保可再生锌离子电池进行相应的性能测试，结果如表1所示。
实施例8
本实施例的基于水稻秸秆的分级处理制备环保可再生锌离子电池的方法，步骤如下：
(1)把水稻秸秆粉碎至粉末状，进而用浓氨水把粉末状水稻秸秆进行预处理和分级提取，依次得到木质素、纤维素和半纤维素；把预处理和分级提取得到的废料，进行分步碳化得到生物碳；
(2)把得到的木质素和生物碳用于制备锌离子电池复合正极，木质素与生物碳的质量比为3:1；把得到的纤维素和三氟甲烷磺酸锌制备固态锌离子电池电解质，纤维素与三氟甲烷磺酸锌的质量比为45:1；把纤维素配置成质量分数为12％的水溶液，而后通过旋涂的方式在锌负极表面进行修饰；
(3)把得到的木质素生物碳复合正极、凝胶/固态电解质和纤维素修饰锌负极组装成具有可再生功能的纽扣型锌离子电池。
将环保可再生锌离子电池进行相应的性能测试，结果如表1所示。
实施例9
本实施例的基于小麦秸秆的分级处理制备环保可再生锌离子电池的方法，步骤如下：
(1)把小麦秸秆粉碎至粉末状，进而用浓盐酸把粉末状小麦秸秆进行预处理和分级提取，依次得到木质素、纤维素和半纤维素；把预处理和分级提取得到的废料，进行分步碳化得到生物碳；
(2)把得到的木质素和生物碳用于制备锌离子电池复合正极，木质素与生物碳的质量比为1:1；把得到的纤维素和硫酸锌制备凝胶锌离子电池电解质，纤维素与锌盐的质量比为40:1；把纤维素配置成质量分数为16％的水溶液，而后通过旋涂的方式在锌负极表面进行修饰；
(3)把得到的木质素生物碳复合正极、凝胶电解质和纤维素修饰锌负极组装成具有可再生功能的纽扣型锌离子电池。
将环保可再生锌离子电池进行相应的性能测试，结果如表1所示。
实施例10
本实施例的基于小麦秸秆的分级处理制备环保可再生锌离子电池的方法，步骤如下：
(1)把小麦秸秆粉碎至粉末状，进而用2M氢氧化锂把粉末状小麦秸秆进行预处理和分级提取，依次得到木质素、纤维素和半纤维素；把预处理和分级提取得到的废料，进行分步碳化得到生物碳；
(2)把得到的木质素和生物碳用于制备锌离子电池复合正极，木质素与生物碳的质量比为2:1；把得到的纤维素和硫酸锌制备凝胶锌离子电池电解质，纤维素与硫酸锌的质量比为19:1；把纤维素配置成质量分数为11％的水溶液，而后通过旋涂的方式在锌负极表面进行修饰；
(3)把得到的木质素生物碳复合正极、凝胶/固态电解质和纤维素修饰锌负极组装成具有可再生功能的纽扣型锌离子电池。
将环保可再生锌离子电池进行相应的性能测试，结果如表1所示。
表1为实施例1-10中电池的循环性能
Figure GDA0003735685680000121
表1为不同实施例中电池的循环性能，表明基于农作物秸秆分级处理制备的环保可再生锌离子电池具有长期循环稳定性.
本发明针对现有技术普遍仅从锌离子电池的正极、电解质和负极等组成单元中的特定组分开发可再生锌离子电池，提供一种能够基于锌离子电池的全部组成单元，从而实现锌离子电池的环保可再生的循环利用。而且是借助于农作物秸秆的分级处理实现的，具有广阔的应用前景。这对提高农作物秸秆的附加值以及开发新型环保可再生的锌离子电池具有非常重要的意义。

Claims (9)

1.一种农作物秸秆分级处理制备环保可再生锌离子电池的方法，其特征在于：该方法以农作物秸秆为前驱体，通过对其进行化学分级处理，得到具有不同功能的木质素、纤维素和生物碳，进而制备基于木质素、纤维素和生物碳的锌离子电池的正极、凝胶/固态电解质和表面修饰的锌负极，最终得到具有环保可再生功能的锌离子电池；具体包括如下步骤：
（1）把农作物秸秆粉碎至粉末状，进而用酸或碱把粉末状农作物秸秆进行预处理和分级提取，依次得到木质素、纤维素和半纤维素；把预处理和分级提取得到的半纤维素进行分步碳化得到生物碳；
（2）把得到的木质素和生物碳用于制备锌离子电池复合正极；把得到的纤维素和锌盐制备凝胶/固态锌离子电池电解质；用纤维素涂覆锌负极得到具有纤维素修饰的锌离子电池负极；
（3）把步骤（2）得到的锌离子电池复合正极、凝胶或固态锌离子电池电解质和纤维素修饰的锌离子电池负极组装成具有可再生功能的锌离子电池。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述农作物秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、大豆秸秆、棉花秸秆或高粱秸秆中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（1）中的酸为硫酸、盐酸、磷酸和硝酸中的一种或几种；碱为氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钾和氨水中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（2）中的木质素与生物碳的质量比为（1~5）:1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（2）中纤维素与锌盐的质量比为（2~50）:1；锌盐为硫酸锌、氯化锌或三氟甲烷磺酸锌中的一种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（2）中纤维素配置成质量分数为5%~20%的水溶液，而后通过旋涂的方式在锌负极表面进行修饰。
7.权利要求1~6任一所述的方法，其特征在于：所述步骤（3）得到的锌离子电池具有环保可再生功能，即达到使用寿命后，锌负极中的金属锌能回收利用；正极和电解质中的组分也能碳化实现循环利用，从而实现电池的循环利用。
8.权利要求1~6任一所述的方法制得的环保可再生的锌离子电池。
9.权利要求8所述的锌离子电池，其特征在于：电池比容量高于150 mAhg-1。
CN202110783459.3A 2021-07-12 2021-07-12 农作物秸秆分级处理制备环保可再生锌离子电池的方法 Active CN113540449B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110783459.3A CN113540449B (zh) 2021-07-12 2021-07-12 农作物秸秆分级处理制备环保可再生锌离子电池的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110783459.3A CN113540449B (zh) 2021-07-12 2021-07-12 农作物秸秆分级处理制备环保可再生锌离子电池的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113540449A CN113540449A (zh) 2021-10-22
CN113540449B true CN113540449B (zh) 2022-08-30

Family

ID=78098535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110783459.3A Active CN113540449B (zh) 2021-07-12 2021-07-12 农作物秸秆分级处理制备环保可再生锌离子电池的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113540449B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114388903B (zh) * 2022-01-11 2023-11-07 河南科技大学 一种水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液及其制备方法、水系锌离子电池

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107221648A (zh) * 2017-04-26 2017-09-29 苏州浏宸新材料科技有限公司 一种柔性电池的制备方法
CN112908713A (zh) * 2021-01-20 2021-06-04 南京林业大学 一种具有自充电特性的电容器及其制备方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104393339B (zh) * 2014-10-24 2017-02-15 西南石油大学 植物纤维素膜基质凝胶聚合物电解质及其制备方法
CN105336911A (zh) * 2015-05-10 2016-02-17 北京化工大学 一种采用木质素包覆改性锂离子电池石墨负极材料的方法
CN106495846A (zh) * 2016-10-14 2017-03-15 安徽格义循环经济产业园有限公司 液体肥料的制备方法
KR20180112223A (ko) * 2017-04-03 2018-10-12 상명대학교산학협력단 아연공기전지의 전해액, 이를 이용한 아연공기전지의 음극 및 아연공기전지
CN108933236B (zh) * 2017-05-27 2022-01-14 北京师范大学 一种包含石墨烯/纤维素复合材料的锂离子电池及其制备方法
CN108400392B (zh) * 2018-01-29 2020-08-14 东华理工大学 一种可充电的柔性锌离子电池及其制备方法
CN111682268B (zh) * 2020-06-24 2023-08-25 郑州大学 一种水系锌离子电池复配型凝胶电解液及其制备方法和应用
CN111785898B (zh) * 2020-07-13 2022-12-16 南京林业大学 一种基于纤维素的一体化锌离子电池及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107221648A (zh) * 2017-04-26 2017-09-29 苏州浏宸新材料科技有限公司 一种柔性电池的制备方法
CN112908713A (zh) * 2021-01-20 2021-06-04 南京林业大学 一种具有自充电特性的电容器及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113540449A (zh) 2021-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105253871B (zh) 超级电容器用含氮碳材料及其制备方法、超级电容器电极材料
CN108390033B (zh) 一种制备钠离子电池负极材料碳包覆锑纳米管材料的制备方法及其应用
CN107887603B (zh) 一种金属有机框架mof-5作为锌离子电池正极材料的制备方法
CN114300659B (zh) 硬碳包覆的钠离子电池纳米复合材料合成方法及其应用
CN109873134A (zh) 原位碳封装的铁基硫族化合物、电极材料、钠离子电池及其制备方法
CN110357100A (zh) 一种利用废旧轮胎制备碳材料的方法及应用
CN112563586A (zh) 一种基于卤键作用提升锌碘电池性能的方法
CN113948681A (zh) 一种生物质基硬碳化合物复合材料及其制备方法和用途
CN111268677A (zh) 一种新型锂离子电池负极材料碳化葡萄籽的制备方法及应用
WO2023020042A1 (zh) 一种硅碳复合负极材料及其制备方法和应用
CN113540449B (zh) 农作物秸秆分级处理制备环保可再生锌离子电池的方法
CN118289733A (zh) 生物质基硬碳材料及其制备方法和应用
CN110203931A (zh) 一种利用柚子皮制备高压水系超级电容器电极材料的方法
CN108217725B (zh) 一种水合碱式焦钒酸锌（Zn3V2O7(OH)2·2H2O）材料的制备方法及应用
CN111017990B (zh) 一种分等级结构锐钛矿二氧化钛微球的制备方法
CN113488340B (zh) 基于树木落叶制备环保可再生锌离子超级电容器的方法
CN117585665A (zh) 一种钠离子电池硬碳负极材料及其制备方法
CN113241431A (zh) 一种ZnS纳米花@NC的锂离子电池负极材料的制法和应用
CN109994721B (zh) 一种基于S-Ni-O-C键合增强的锂硫电池复合正极材料及其制备方法
CN116477602A (zh) 一种利用苹果修剪废枝制备的钠离子电池硬炭及方法
CN117038903A (zh) 杂原子掺杂煤基硬碳复合材料及其制备方法、钠离子电池
CN115536000B (zh) 一种表面具有石墨包覆层的硬碳材料的制备方法及其在钠离子电池中的应用
CN111554887A (zh) 一种MXene/腐殖酸复合材料及其制备与应用
CN108155022B (zh) 使用微晶石墨材料的锂离子电容器的制备方法
CN108658056B (zh) 一种具有良好电性能的生物碳的制备方法

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