CN114664570A - 一种锌离子混合电容器用氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的制备方法 - Google Patents
一种锌离子混合电容器用氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114664570A CN114664570A CN202210415247.4A CN202210415247A CN114664570A CN 114664570 A CN114664570 A CN 114664570A CN 202210415247 A CN202210415247 A CN 202210415247A CN 114664570 A CN114664570 A CN 114664570A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phosphorus
- sulfur
- hawthorn
- benfotiamine
- nitrogen
- 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
Links
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 68
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 60
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 59
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 34
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 33
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 33
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 33
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 33
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 title claims abstract description 33
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 32
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 229960002873 benfotiamine Drugs 0.000 claims abstract description 35
- 241001092040 Crataegus Species 0.000 claims abstract description 34
- 235000009917 Crataegus X brevipes Nutrition 0.000 claims abstract description 33
- 235000013204 Crataegus X haemacarpa Nutrition 0.000 claims abstract description 33
- 235000009685 Crataegus X maligna Nutrition 0.000 claims abstract description 33
- 235000009444 Crataegus X rubrocarnea Nutrition 0.000 claims abstract description 33
- 235000009486 Crataegus bullatus Nutrition 0.000 claims abstract description 33
- 235000017181 Crataegus chrysocarpa Nutrition 0.000 claims abstract description 33
- 235000009682 Crataegus limnophila Nutrition 0.000 claims abstract description 33
- 235000004423 Crataegus monogyna Nutrition 0.000 claims abstract description 33
- 235000002313 Crataegus paludosa Nutrition 0.000 claims abstract description 33
- 235000009840 Crataegus x incaedua Nutrition 0.000 claims abstract description 33
- -1 benfotiamine dipotassium salt Chemical class 0.000 claims abstract description 24
- BFZUFHPKKNHSAG-UHFFFAOYSA-N [N].[P].[S] Chemical compound [N].[P].[S] BFZUFHPKKNHSAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims abstract description 14
- BTNNPSLJPBRMLZ-LGMDPLHJSA-N benfotiamine Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=O)SC(/CCOP(O)(O)=O)=C(/C)N(C=O)CC1=CN=C(C)N=C1N BTNNPSLJPBRMLZ-LGMDPLHJSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M potassium benzoate Chemical compound [K+].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1 XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- 239000011833 salt mixture Substances 0.000 claims description 2
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 claims 1
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 abstract description 7
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 abstract description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract description 5
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 abstract description 5
- 238000001994 activation Methods 0.000 abstract description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 9
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 8
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 4
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 3
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 3
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 2
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 235000014493 Crataegus Nutrition 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 239000002149 hierarchical pore Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000037427 ion transport Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
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
- H01G11/22—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
- 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
-
- 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
-
- 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)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
本发明公开了一种锌离子混合电容器用氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的制备方法，属于炭材料制备与储能技术领域。该方法以生物质山楂为碳源，苯磷硫胺二钾盐为氮源、磷源、硫源和活化剂，具体步骤如下：S1：苯磷硫胺二钾盐的制备：先将苯磷硫胺与KOH在溶液状态下反应得到苯磷硫胺二钾盐；S2：反应物的预处理：将山楂洗净，去籽，干燥，称重，然后加入到S1步骤得到的苯磷硫胺二钾盐溶液中，封闭加热搅拌至山楂粉碎，随后加热蒸发去除水使山楂变成胶黏状，得到反应物；S3：氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的制备：将S2步骤得到的反应物转移至磁舟中，经碳化、活化过程得到氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳。
Description
技术领域
本发明涉及炭材料制备与储能技术领域，特别涉及一种锌离子混合电容器用氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的制备方法。
背景技术
超级电容器具有快的充电速率、长的循环寿命、优异的稳定性，已经被广泛地应用与军工、交通和电子行业。然而，低的能量密度限制了进一步扩展其应用领域。为了克服这一瓶颈，研究者们寄希望于将电池高能量密度的优点与超级电容器相结合，开发出一种新的储能系统。锌离子电池已经被市场证明具有好的安全性能、高的能量密度，因此结合两者的优势开发一种新的储能装置具有重要的意义。作为最有应用前景的混合储能装置之一-锌离子混合电容器由正极材料、隔膜、电解液和锌箔负极组成，正极材料包括碳材料、金属材料及其复合物。碳材料作为廉价材料的代表之一，具有高的表面积、好的电导率和优异的化学稳定性。因此，如何简单快速低排放的制备碳电极材料显得尤为重要。
杂原子掺杂是提高碳正极材料电化学性能的有效途径之一。例如，Lu等通过插层法制备了B/N共掺杂多孔碳，组装成锌离子混合电容器时，在0.5A/g电流密度下，其比容为127.7mAh/g，能量密度为97.6Wh/kg(Nano Energy,2019,66,104132)。制备碳材料的原料很多，如生物质、煤化工副产物、金属有机化合物等，韩生等(202010431922.3)以山楂为碳源、KOH为活化剂，制备了多孔碳，上述方法虽然获得了活性炭，但活化剂碱性较强，后处理较麻烦。鉴于此，本发明以廉价的生物质山楂为碳源，苯磷硫胺二钾盐为氮源、磷源、硫源和活化剂，经碳化、热解得到氮磷硫共掺杂多孔碳，作为锌离子混合电容器正极材料时，显示了高的比容和能量密度以及优异的循环性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：提供了一种以苯磷硫胺二钾盐为氮源、磷源、硫源和活化剂，廉价的山楂为碳源，经过碳化、活化，利用自掺杂法制备锌离子混合电容器用氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供以下的技术方案：
一种锌离子混合电容器用氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)苯磷硫胺二钾盐的制备：先将苯磷硫胺与KOH在溶液状态下于室温下反应6h，经过滤、低温干燥得到苯磷硫胺二钾盐；
(2)反应物的预处理：先将新鲜的山楂洗净，干燥，然后称取干燥的山楂加入到苯磷硫胺钾盐溶液中，封闭加热搅拌至山楂粉碎，随后加热蒸发水使山楂变成胶黏状，得到反应物；
(3)氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的制备：把步骤(1)得到的反应物放入磁舟中，然后将上述磁舟置于管式炉的中心，以2℃/min的升温速率从室温加热至1000℃，保持一段时间后冷却至室温后，将产物取出、研磨、搅拌，经洗涤、干燥、研磨、过筛后得到氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳；
优选地，苯磷硫胺与KOH物质的量的比为1:2。
优选地，所述山楂质量占山楂、苯磷硫胺二钾盐混合物总质量的1/9-1/5，山楂与苯磷硫胺二钾盐的质量比为1/4-1/8。
优选地，在步骤(1)中，所述山楂的质量为3g，苯磷硫胺二钾盐的质量为18g。
本发明获得的有益效果：
1、以山楂为碳源，原料廉价易得，采用简单的一步碳化、活化法直接制备得到锌离子混合电容器用氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳，实现了生物质山楂的高附加值利用；
2、以苯磷硫胺二钾盐为氮源、磷源、硫源和活化剂，避免了模板使用的后处理过程中强酸的使用，缓解了对环境产生的污染，实现了碳基质表面氮、磷、硫元素的引入；
3、所制备的氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳材料具有高的比表面积，达2781.2m2/g；
4、所制备的氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳，作为锌离子混合电容器的正极材料时，在1mol/LZn(CF3SO3)2电解液中，电流密度为0.1A/g时，其比电容达142.6mAh/g，能量密度高达126.9Wh/kg；电流密度为20A/g时，其比电容达69.9mAh/g，能量密度仍高达39.3Wh/kg；在5A/g电流密度下，经过10000次循环后，容量保持率为100.53％，显示了高的能量密度、优异的倍率性能和极好的循环稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例1、2、3制备的氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的氮吸脱附等温线。
图2为本发明实施例2制备的氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的场发射扫描电镜照片。
图3为本发明实施例1、2、3制备的氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳电极材料在1mol/LZn(CF3SO3)2电解液中，锌离子混合电容器的容量随电流密度的变化图。
图4为本发明实施例1、2、3制备的氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳电极材料在1mol/LZn(CF3SO3)2电解液中，锌离子混合电容器的能量密度随功率密度的变化图。
图5为本发明实施例2制备的氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳电极材料组装成锌离子混合电容器循环10000次后的容量保持率。
具体实施方式
下面通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
实施例1：氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳NPS-C4的具体制备过程如下：
(1)苯磷硫胺二钾盐的制备：先将苯磷硫胺与KOH按1:2的物质的量比在水溶液状态下于室温下反应6h，经过滤、低温(-50℃)干燥得到苯磷硫胺二钾盐；苯磷硫胺与KOH没有浓度限值，主要按照物质的量进行反应。
(2)反应物的预处理：先将新鲜的山楂洗净，干燥，然后称取3g干燥的山楂加入到12g苯磷硫胺二钾盐水溶液中，苯磷硫胺二钾盐水溶液浓度为0.25mol/L，封闭加热搅拌至山楂粉碎，随后加热蒸发水使山楂变成胶黏状，得到反应物；
(3)氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的制备：把步骤(2)中得到的反应物放入磁舟中，然后将上述磁舟置于管式炉的正中间位置，以2℃/min的升温速率从室温加热至1000℃，保持1h后冷却至室温后，将产物取出、研磨、搅拌，经洗涤、干燥、研磨、过筛后得到氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳。所得氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳命名为NPS-C4，XPS测试结果表明，其氮含量为4.58％、磷含量为2.52％、硫含量为2.61％。NPS-C4用作锌离子混合电容器正极材料时，在1mol/L Zn(CF3SO3)2电解液中，电流密度为0.1A/g时，NPS-C4的容量达81.4mAh/g，能量密度为72.6Wh/kg；电流密度为20A/g时，NPS-C4的容量达32.3mAh/g，能量密度为19.7Wh/kg。
实施例2：氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳NPS-C6的具体制备过程如下：
(1)苯磷硫胺二钾盐的制备：同实施例1。
(2)反应物的预处理：按照与实施例1中的步骤(2)同样的方法实施，不同之处在于，苯磷硫胺二钾盐固体的质量为18g；苯磷硫胺二钾盐水溶液浓度为0.35mol/L。
(2)氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的制备：按照与实施例1中的步骤(3)同样的方法实施。所得氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳命名为NPS-C6，XPS测试结果表明，其氮含量为5.86％、磷含量为3.23％、硫含量为3.34％。NPS-C6用作锌离子混合电容器正极材料时，在1mol/LZn(CF3SO3)2电解液中，电流密度为0.1A/g时，NCC800的容量达142.6mAh/g，能量密度高达126.9Wh/kg；电流密度为20A/g时，NPS-C6的容量达69.9mAh/g，能量密度仍高达39.3Wh/kg。
实施例3：氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳NPS-C8的具体制备过程如下：
(1)苯磷硫胺二钾盐的制备：同实施例1。
(2)反应物的预处理：按照与实施例1中的步骤(2)同样的方法实施。不同之处在于，苯磷硫胺二钾盐固体的质量为24g；苯磷硫胺二钾盐水溶液浓度为0.5mol/L。
(2)氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的制备：按照与实施例1中的步骤(3)同样的方法实施。所得氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳命名为NPS-C8，其氮含量为4.95％、磷含量为3.86％、硫含量为3.18％。NPS-C8用作锌离子混合电容器正极材料时，在1mol/L Zn(CF3SO3)2电解液中，电流密度为0.1A/g时，NPS-C8的容量达115.3mAh/g，能量密度为101.3Wh/kg；电流密度为20A/g时，NPS-C8的容量达43.5mAh/g,能量密度为26.9Wh/kg。
将实施例1～3中制备的氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳作为测试样品，分别测定孔结构参数及元素组成和含量。结果如表1和表2所示：
表1氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的孔结构参数
由表1和图1结果可知，本发明所制备的氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的比表面积介于1661.1～2781.2m2/g之间，总孔容介于1.15～1.85cm3/g之间，氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳材料具有供电解液离子吸附的高的比表面积，达2781.2m2/g，含丰富的供离子传输的中孔结构。
表2氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的元素组成和含量
表2结合图2可知，本发明以生物质山楂为原料，苯硫磷胺二钾盐为活化剂，采用一步碳化、活化法直接制备得到高能量密度锌离子混合电容器用氮磷硫共掺杂掺杂生物质基多孔碳，制备过程简单。在制备过程中，以苯硫磷胺二钾盐为活化剂可以实现多孔碳基质中氮、磷、硫元素的自掺杂和原位剪裁效果，使得获得的多孔碳内部存在大量的供电子传输的卷曲的片状机构、分级孔道和高的电子传导速率。
由图3、图4和图5所示的实验结果可知，本发明所制备的氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳，作为锌离子混合电容器的正极材料时，在1mol/L Zn(CF3SO3)2电解液中，电流密度为0.1A/g时，其比电容达142.6mAh/g，能量密度高达126.9Wh/kg；电流密度为20A/g时，其比电容达69.9mAh/g，能量密度仍高达39.3Wh/kg；在5A/g电流密度下，经过10000次循环后，容量保持率为100.53％，显示了高的能量密度、优异的倍率性能和极好的循环稳定性。
上述实施例中锌离子混合电容用氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳正极材料，其电化学性能要优于文献报道的杂原子掺杂碳正极材料值，如Yang等(Chem.Eng.J.,2022,431,133250)通过两步法制备的N/S共掺杂多孔碳，在锌离子混合电容器中的比容和能量密度分别为133.4mAh/g和106.7Wh/kg；Wang等(J.Alloys Compds.,2022,901,163588)制备的N/P共掺杂碳微球，作为锌离子混合电容器正极时，其能量密度为54.4Wh/kg，经过10000次循环后，容量保持率为100％；Lu等(Nano Energy,2019,66,104132)通过插层法制备了锌离子混合电容器用层状B/N共掺杂碳正极材料，其比容和能量密度分别为127.7mAh/g和86.8Wh/kg，经过6500次循环后容量保持率为81.3％；Zhao等(J.Power Sources,2022,521,230941)制备的N/P共掺杂石墨烯组装成锌离子混合电容器时，其能量密度和功率密度为94.6Wh/kg，经过15000次循环后容量衰减18％。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
Claims (4)
1.一种锌离子混合电容器用氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)苯磷硫胺二钾盐的制备：先将苯磷硫胺与KOH按一定物质的量比在溶液状态下于室温下反应6h，经过滤、低温干燥得到苯磷硫胺钾盐；
(2)反应物的预处理：先将新鲜的山楂洗净，干燥，然后称取干燥的山楂加入到苯磷硫胺钾盐溶液中，封闭加热搅拌至山楂粉碎，随后加热蒸发水使山楂变成胶黏状，得到反应物；
(3)氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的制备：把步骤(2)得到的反应物放入磁舟中，然后将上述磁舟置于管式炉的中心，以2℃/min的升温速率从室温加热至1000℃，保持1h后冷却至室温后，将产物取出、研磨、搅拌，经洗涤、干燥、研磨、过筛后得到氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳。
2.根据权利要求1中所述的一种锌离子混合电容器用氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的制备方法，其特征在于：所述苯磷硫胺与KOH物质的量的比为1:2。
3.根据权利要求1中所述的一种锌离子混合电容器用氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的制备方法，其特征在于：所述山楂占山楂、苯磷硫胺二钾盐混合物总质量的1/9-1/5，山楂与苯磷硫胺二钾盐的质量比为1/4-1/8。
4.根据权利要求1中所述的一种锌离子混合电容器用氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述山楂的质量为3g，苯磷硫胺钾盐的质量为18g。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210415247.4A CN114664570B (zh) | 2022-04-20 | 2022-04-20 | 一种锌离子混合电容器用氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210415247.4A CN114664570B (zh) | 2022-04-20 | 2022-04-20 | 一种锌离子混合电容器用氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114664570A true CN114664570A (zh) | 2022-06-24 |
| CN114664570B CN114664570B (zh) | 2024-04-26 |
Family
ID=82036006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210415247.4A Active CN114664570B (zh) | 2022-04-20 | 2022-04-20 | 一种锌离子混合电容器用氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114664570B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107999109A (zh) * | 2017-12-25 | 2018-05-08 | 西北师范大学 | 一种氮、硫、磷共掺杂碳材料的制备和应用 |
| CN112599739A (zh) * | 2020-12-14 | 2021-04-02 | 大连海事大学 | 一种用于锂离子电池异质原子掺杂介孔碳/锡复合负极材料及其制备方法与应用 |
-
2022
- 2022-04-20 CN CN202210415247.4A patent/CN114664570B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107999109A (zh) * | 2017-12-25 | 2018-05-08 | 西北师范大学 | 一种氮、硫、磷共掺杂碳材料的制备和应用 |
| CN112599739A (zh) * | 2020-12-14 | 2021-04-02 | 大连海事大学 | 一种用于锂离子电池异质原子掺杂介孔碳/锡复合负极材料及其制备方法与应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114664570B (zh) | 2024-04-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105489901B (zh) | 一种锂硫电池三维碳集流体的制备方法及其应用 | |
| CN112563586B (zh) | 一种基于卤键作用提升锌碘电池性能的方法 | |
| CN112794324B (zh) | 一种高介孔率木质素多级孔碳材料及其制备方法与应用 | |
| CN112038635B (zh) | 一种锂硫电池类石墨烯负载渗碳体颗粒复合正极材料及其制备方法 | |
| Gong et al. | Anchoring high-mass iodine to nanoporous carbon with large-volume micropores and rich pyridine-N sites for high-energy-density and long-life Zn-I2 aqueous battery | |
| CN112117444A (zh) | 碳包覆硫化钴正极材料、制备方法、正极及铝离子电池 | |
| CN109817923A (zh) | 一种氮掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用 | |
| CN111313111A (zh) | 一种基于金属有机框架衍生的杂原子掺杂碳/CoS2功能材料及其应用 | |
| CN108539158B (zh) | 一种rGO/WS2复合材料的制备方法及其在锂硫电池正极材料中的应用 | |
| CN109411737B (zh) | 一种具有三维结构的极性硫化物-硫/多孔碳复合正极材料及其制备方法 | |
| CN109273703B (zh) | 一种锂硫电池正极用石墨烯/硫/氢氧化镍自支撑复合材料及其制备方法 | |
| CN109003827B (zh) | 一种海绵状石墨烯/镍钴硫化物复合材料的制备方法和应用 | |
| CN107732209B (zh) | 一种以混合菌渣废料制备锂离子碳负极材料的方法 | |
| CN109301223A (zh) | 锂硫电池正极复合材料及其制备方法 | |
| CN113562719A (zh) | 纳米SnO2/水溶性沥青碳复合电极负极材料制备方法 | |
| CN114628672A (zh) | 一种基于五氧化二钒的有机无机杂化材料及制备和应用 | |
| CN103606646A (zh) | 一种锂硫电池的镍硫正极及其制备方法 | |
| CN114664570B (zh) | 一种锌离子混合电容器用氮磷硫共掺杂生物质基多孔碳的制备方法 | |
| CN109461909A (zh) | 锂硫电池正极材料及其制备方法 | |
| CN114420470A (zh) | 一种锌离子混合电容器用多重杂原子掺杂莲蓬状碳的制备方法 | |
| CN114496597A (zh) | 一种电子增强碳纳米网的制备方法及其应用 | |
| CN109835880A (zh) | 一种原位模板法制备多孔碳材料的方法及应用 | |
| Liu et al. | Biomass-Derived Three-Dimensionally Connected Hierarchical Porous Carbon Framework for Long-Life Lithium–Sulfur Batteries | |
| CN113072056A (zh) | 一种具有高比表面积的金属有机框架衍生碳的制备方法 | |
| CN112201484A (zh) | 一种二维超薄碳纳米片及其制备方法和应用 |
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 |