一种硼化钛包覆秸秆基活性炭复合电极材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学能源材料领域，特别是一种硼化钛包覆秸杆基活性炭复合电极材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]超级电容器也称电化学电容器、双电层电容器、(黄)金电容器、储能电容或法拉电容，是近年来随着材料科学的突破而出现的新型功率型电子元器件。具有高的比功率和长的循环寿命，能瞬间大电流充放电，同时还具有安全可靠、适用范围宽的特点，因而在许多场合具有独特的应用优势。将超级电容器与二次电池或燃料电池并联组成复式电源可满足电动汽车启动、爬坡时的峰功率需求，车辆下坡、刹车时又可作为回收能量的蓄能器，因此近年来引起了广泛的关注。
导电聚苯胺具有独特的质子酸/阳离子掺杂机制，常用的阳离子酸掺杂剂为各种有机质子酸和无机质酸。聚苯胺导电性好，具有单体价格便宜、高的电荷密度等优点，是导电高分子材料中最具发展潜力的品种之一。在超级电容器电极材料中引入η型掺杂的聚苯胺活性材料，在电容器充放电过程中，能充分利用电解液中阴阳离子，提高电极材料的储电性能。硼化钛硬度和强度均很高，电阻小，耐磨损、抗酸碱、导电导热性能强、热膨胀系数小、具有极好的化学稳定性和抗热性能，它包覆秸杆基电极材料能够提高电化学容量，增强电极材料的循环性能。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种硼化钛包覆秸杆基活性炭复合电极材料及其制备方法。
[0004]为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施:
一种硼化钛包覆秸杆基活性炭复合电极材料，由下列重量份的原料制成:氧化钌1-2、钴锰酸锂2-3、五氧化二钒1-3、三氯化铑2-3、三氟化锰1-2、三氟化钛1_2、异丙醇铝2_3、硼化钛3-5、聚苯胺复合材料3-5、秸杆1000-1200、无水氢氧化钾3_5、去离子水5_10 ；所述聚苯胺复合材料是由下列重量份的原料制成:对甲苯磺酸4-6、盐酸6-8、纳米二氧化硅3-5、蒙脱土 2-4、苯胺8-12、过硫酸铵0.4-0.7、去离子水30-50 ;制备方法是将对甲苯磺酸加到4-6mol/l的盐酸溶液中，搅拌均匀形成混合溶液，再将纳米二氧化硅、蒙脱土加到混合溶液中超声分散30-50分钟，再加入对甲苯磺酸质量0.5-2倍的苯胺单体，冰水浴下搅拌1-2小时形成均匀乳液，再将过硫酸铵缓慢滴加到乳液中，继续搅拌反应3-4小时，减压抽滤，固体沉淀依次用去离子水和对甲苯磺酸洗涤成中性，80-90° C下真空干燥8-12小时，即可得到聚苯胺复合材料。
[0005]本发明所述一种硼化钛包覆秸杆基活性炭复合电极材料，由以下具体的步骤制成:
Cl)将秸杆清洗干净后烘干，水分控制在20-25%左右，隔绝空气经过6-8小时常温物理炭化堆积得到生物质炭，再将该生物质炭粉碎成颗粒，加到沸腾炉中，通入预先预热至300-400° C的水蒸气和二氧化碳混合气体，在800-1000° C下进行氧化反应1_2小时，取出后加到熔融的无水氢氧化钾中，得到高比表面积活性炭备用；
(2)将异丙醇铝加到乙醇的水溶液中，搅拌溶解后加入步骤(I)的产物和除硼化钛外的其他剩余成分，在80-100° C下加热搅拌，干燥后通入纯氨气，于500-600° C下保温50-100分钟，然后迅速冷却至室温后粉碎至200-400目粉末备用；
(3)将硼化钛加热至熔融状态与步骤(2)的产物混合均匀即可。
[0006]本发明的优点是:本发明的聚苯胺复合材料具有价格便宜、电荷密度高等的优点，添加到电极材料中能够提高导电性和储电性能；添加的硼化钛电阻小，导电导热性能强，热膨胀系数小，具有极好的化学稳定性和抗热性能，它包覆在秸杆基电极材料上能够提高电化学容量，增强电极材料的循环性能。
[0007]具体实施方案
下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
[0008]一种硼化钛包覆秸杆基活性炭复合电极材料，由下列重量份(公斤)的原料制成:氧化钌1、钴锰酸锂2、五氧化二钒2、三氯化铑2、三氟化锰2、三氟化钛1、异丙醇铝2、硼化钛5、聚苯胺复合材料5、秸杆1200、无水氢氧化钾5、去离子水10 ；
所述聚苯胺复合材料是由下列重量份(公斤)的原料制成:对甲苯磺酸5、盐酸7、纳米二氧化硅5、蒙脱土 3、苯胺10、过硫酸铵0.4、去离子水35 ;制备方法是将对甲苯磺酸加到
4-6mol/l的盐酸溶液中，搅拌均匀形成混合溶液，再将纳米二氧化硅、蒙脱土加到混合溶液中超声分散30-50分钟，再加入对甲苯磺酸质量0.5-2倍的苯胺单体，冰水浴下搅拌1-2小时形成均匀乳液，再将过硫酸铵缓慢滴加到乳液中，继续搅拌反应3-4小时，减压抽滤，固体沉淀依次用去离子水和对甲苯磺酸洗涤成中性，80-90° C下真空干燥8-12小时，即可得到聚苯胺复合材料。
[0009]本发明所述一种硼化钛包覆秸杆基活性炭复合电极材料，由以下具体的步骤制成:
Cl)将秸杆清洗干净后烘干，水分控制在20-25%左右，隔绝空气经过6-8小时常温物理炭化堆积得到生物质炭，再将该生物质炭粉碎成颗粒，加到沸腾炉中，通入预先预热至300-400° C的水蒸气和二氧化碳混合气体，在800-1000° C下进行氧化反应1_2小时，取出后加到熔融的无水氢氧化钾中，得到高比表面积活性炭备用；
(2)将异丙醇铝加到乙醇的水溶液中，搅拌溶解后加入步骤(I)的产物和除硼化钛外的其他剩余成分，在80-100° C下加热搅拌，干燥后通入纯氨气，于500-600° C下保温50-100分钟，然后迅速冷却至室温后粉碎至200-400目粉末备用；
(3)将硼化钛加热至熔融状态与步骤(2)的产物混合均匀即可。
[0010]将电极材料和导电剂、粘结剂按照比例混合均勾，通过压辊机制成薄片，干燥后压在不锈钢网集流体上，制成超级电容器，其参比电极为Ag/AgCl电极，电解液为lmol/1的硫酸溶液，在-0.2V至0.8V的电压范围内进行恒流充放电测试，电流为0.2A/g时，比电容为284F/g，电流为ΙΟΑ/g时，比电容为179F/g。
【主权项】
1.一种硼化钛包覆秸杆基活性炭复合电极材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成:氧化钌1-2、钴锰酸锂2-3、五氧化二钒1-3、三氯化铑2-3、三氟化锰1_2、三氟化钛1_2、异丙醇铝2-3、硼化钛3-5、聚苯胺复合材料3-5、秸杆1000-1200、无水氢氧化钾3-5、去离子水 5-10 ； 所述聚苯胺复合材料是由下列重量份的原料制成:对甲苯磺酸4-6、盐酸6-8、纳米二氧化硅3-5、蒙脱土 2-4、苯胺8-12、过硫酸铵0.4-0.7、去离子水30-50 ;制备方法是将对甲苯磺酸加到4-6mol/l的盐酸溶液中，搅拌均匀形成混合溶液，再将纳米二氧化硅、蒙脱土加到混合溶液中超声分散30-50分钟，再加入对甲苯磺酸质量0.5-2倍的苯胺单体，冰水浴下搅拌1-2小时形成均匀乳液，再将过硫酸铵缓慢滴加到乳液中，继续搅拌反应3-4小时，减压抽滤，固体沉淀依次用去离子水和对甲苯磺酸洗涤成中性，80-90° C下真空干燥8-12小时，即可得到聚苯胺复合材料。
2.根据权利要求1所述一种硼化钛包覆秸杆基活性炭复合电极材料，其特征在于，由以下具体的步骤制成: Cl)将秸杆清洗干净后烘干，水分控制在20-25%左右，隔绝空气经过6-8小时常温物理炭化堆积得到生物质炭，再将该生物质炭粉碎成颗粒，加到沸腾炉中，通入预先预热至300-400° C的水蒸气和二氧化碳混合气体，在800-1000° C下进行氧化反应1_2小时，取出后加到熔融的无水氢氧化钾中，得到高比表面积活性炭备用； (2)将异丙醇铝加到乙醇的水溶液中，搅拌溶解后加入步骤(I)的产物和除硼化钛外的其他剩余成分，在80-100° C下加热搅拌，干燥后通入纯氨气，于500-600° C下保温50-100分钟，然后迅速冷却至室温后粉碎至200-400目粉末备用； (3)将硼化钛加热至熔融状态与步骤(2)的产物混合均匀即可。
【专利摘要】本发明公开了一种硼化钛包覆秸秆基活性炭复合电极材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：氧化钌1-2、钴锰酸锂2-3、五氧化二钒1-3、三氯化铑2-3、三氟化锰1-2、三氟化钛1-2、异丙醇铝2-3、硼化钛3-5、聚苯胺复合材料3-5、秸秆1000-1200、无水氢氧化钾3-5、去离子水5-10；本发明的聚苯胺复合材料具有价格便宜、电荷密度高等的优点，添加到电极材料中能够提高导电性和储电性能；添加的硼化钛电阻小，导电导热性能强，热膨胀系数小，具有极好的化学稳定性和抗热性能，它包覆在秸秆基电极材料上能够提高电化学容量，增强电极材料的循环性能。
【IPC分类】H01G11-30, H01G11-86, H01G11-38
【公开号】CN104821235
【申请号】CN201510157876
【发明人】洪术茂, 褚诗泉, 张和平
【申请人】安徽江威精密制造有限公司
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月3日