一种高能量密度和功率密度碳材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高能量密度和功率密度碳材料的制备方法，其属于材料技术领域。
技术背景
[0002]碳材料具有大的比表面积和发达的孔隙结构，良好的导电性和导热性能，物理及化学性能稳定等优点。被广泛应用于工业和农业生产等领域，主要用作催化剂载体、水质净化、储氢、环境保护、膜分离、化工分离、医药中间体等。高比表面积的碳材料在国民经济、日常生活和国防建设中都起着重要作用。近年来，碳材料在超级电容器中也得到了广泛的应用，活性炭因价格低廉、比表面积高、导电性好、电化学性能稳定，成为了制备超级电容器电极的重要材料，这对于研发既有良好的功率特性又有较高的比电容的超级电容器有着十分重要的意义。碳材料的来源有木肩、植物秸杆、椰壳、各种果核等农副产品，以及以石油、煤等材料。植物原料具有较高的碳含量、易活化、有机质含量低、原料成本低、来源广、可再生等条件，有解决了植物废料的处理问题，成为了学术上研究的热点。目前以淀粉为原料制备的碳材料具有产率高、成本低、工艺简单、单分散、粒径可调、可控等优点。而且淀粉本身是一种典型的天然高分子化合物，是一种可再生的能源。用淀粉制造具有特殊功能的新材料，一直以来是学术界和工业界感兴趣的课题。这一方面是由于淀粉资源丰富、价格低廉；另一方面是由于淀粉的可降解性，在全世界都特别重视环境治理的今天显得尤为重要。其中LeiZiqiang(B1resource Technology)等用马铃薯废渣制备氮参杂的多孔碳，其制备的碳材料的电容性能为255F g 1O).5A/g)。以淀粉为碳源制备的碳材料中具有较高的能量密度和功率密度很少见报道。
【发明内容】
[0003]本发明的特点在于提供一种高能量密度和功率密度碳材料的制备方法。其生产成本较低并且对环境安全无害，是理想的制备碳材料的方法。并且此碳材料具有较高的比容量，进而具有较高的能量密度和功率密度。
[0004]本发明所述的一种高能量密度和功率密度碳材料的制备方法，是通过控制淀粉的量，缓冲溶液的浓度，来调配一定的PH值范围，在一定的水浴温度下搅拌一定的时间，过滤，干燥，乙醇洗涤，在一定的碳化温度，碳化时间，升温速率下，获得相对应的碳材料；通过控制电解质溶液的选择，电流密度，操作电压等参数，来获得具高能量密度和功率密度电容器的电极材料。
[0005]本发明采用的技术方案:一种高能量密度和功率密度碳材料的制备方法，包括下列步骤:
[0006]1.把淀粉，碳酸钠和碳酸氢钠的缓冲溶液，混合置于三口烧瓶中，经水浴搅拌，过滤，乙醇洗涤，干燥，碳化，酸洗和水洗，即可得到碳材料；将所获得的碳材料经研磨，超声分散，对辊机压片，电解液的浸泡，封口机封口工艺可制得具有较高性能的电容器的电极材料；
[0007]2.所述的高能量密度和功率密度碳材料的制备方法，淀粉包括玉米淀粉、土豆淀粉、马铃薯豆淀粉以及可溶性淀粉；
[0008]3.所述的高能量密度和功率密度碳材料的制备方法，水浴的温度为40-70°C，搅拌时间为8_30h ;
[0009]4.所述的高能量密度和功率密度碳材料的制备方法，乙醇洗涤两次；
[0010]5.所述的高能量密度和功率密度碳材料的制备方法，碳化升温速率为1°C/min，碳化温度为800°C，保温时间为l_14h ;
[0011]6.所述的高能量密度和功率密度碳材料的制备方法，电解液为KOH溶液，其操作电压为1.6Vo
【附图说明】
[0012]图1为实施例1制备的的碳材料的循环伏安曲线(CV)。
[0013]图2为实施例2制备的的碳材料的CV曲线。
[0014]图3为实施例3制备的的碳材料的CV曲线。
[0015]图4为实施例4制备的的碳材料的CV曲线。
【具体实施方式】
[0016]实施例1
[0017]称量可溶性淀粉3g，混合溶于10ml的碳酸钠和碳酸氢钠的缓冲溶液，调节pH =10，磁力搅拌混合均匀，再机械搅拌15h，抽滤，用蒸馏水和乙醇多次冲洗，先恒温鼓风干燥箱内55°C干燥5h，然后在真空干燥箱内80°C干燥12h，之后在管式炉内碳化，碳化温度为800°C，并以1°C /min升温，并保温6h，即最终获得的碳材料，其最终经过研磨，超声，压片，封口，制得对称的超级电容器，对所组装的对称电容器进行循环伏安测试。
[0018]实施例2
[0019]称量可溶性淀粉3g，混合溶于10ml的碳酸钠和碳酸氢钠的缓冲溶液，调节pH =10，磁力搅拌混合均匀，再机械搅拌15h，抽滤，用蒸馏水和乙醇多次冲洗，先恒温鼓风干燥箱内55°C干燥5h，然后在真空干燥箱内80°C干燥12h，之后在管式炉内碳化，碳化温度为800°C，并以1°C /min升温，并保温8h，即最终获得的碳材料，其最终经过研磨，超声，压片，封口，制得对称的超级电容器，对所组装的对称电容器进行循环伏安测试。
[0020]实施例3
[0021]称量可溶性淀粉3g，混合溶于10ml的碳酸钠和碳酸氢钠的缓冲溶液，调节pH =10，磁力搅拌混合均匀，再机械搅拌15h，抽滤，用蒸馏水和乙醇多次冲洗，先恒温鼓风干燥箱内55°C干燥5h，然后在真空干燥箱内80°C干燥12h，之后在管式炉内碳化，碳化温度为SOO0C，并以1°C /min升温，并保温10h，即最终获得的碳材料，其最终经过研磨，超声，压片，封口，制得对称的超级电容器，对所组装的对称电容器进行循环伏安测试。
[0022]实施例4
[0023]称量可溶性淀粉3g，混合溶于10ml的碳酸钠和碳酸氢钠的缓冲溶液，调节pH =10，磁力搅拌混合均匀，再机械搅拌15h，抽滤，用蒸馏水和乙醇多次冲洗，先恒温鼓风干燥箱内55°C干燥5h，然后在真空干燥箱内80°C干燥12h，之后在管式炉内碳化，碳化温度为SOO0C，并以1°C /min升温，并保温12h，即最终获得的碳材料，其最终经过研磨，超声，压片，封口，制得对称的超级电容器，对所组装的对称电容器进行循环伏安测试。
【主权项】
1.本发明采用的技术方案:一种高能量密度和功率密度碳材料的制备方法，包括下列步骤:.1.把淀粉，碳酸钠和碳酸氢钠的缓冲溶液，混合置于三口烧瓶中，经水浴搅拌，过滤，乙醇洗涤，干燥，碳化，酸洗和水洗，即可得到碳材料；将所获得的碳材料经研磨，超声分散，对辊机压片，电解液的浸泡，封口机封口工艺可制得具有较高性能的电容器的电极材料。.2.根据权利要求1所述的高能量密度和功率密度碳材料的制备方法，其特征在于:淀粉包括玉米淀粉、土豆淀粉、马铃薯豆淀粉以及可溶性淀粉。.3.根据权利要求1所述的高能量密度和功率密度碳材料的制备方法，其特征在于:水浴的温度为40-70°C，搅拌时间为8-30h。.4.根据权利要求1所述的高能量密度和功率密度碳材料的制备方法，其特征在于:乙醇洗涤两次。.5.根据权利要求1所述的高能量密度和功率密度碳材料的制备方法，其特征在于??碳化升温速率为l°c /min，碳化温度为800°C，保温时间为l_14h。.6.根据权利要求1所述的高能量密度和功率密度碳材料的制备方法，其特征在于:电解液为KOH溶液，其操作电压为1.6V。
【专利摘要】本发明所述的一种高能量密度和功率密度碳材料的制备方法，是通过控制淀粉的量，缓冲溶液的浓度，来调配一定的pH值范围，在一定的水浴温度下搅拌一定的时间，过滤，干燥，乙醇洗涤，在一定的碳化温度，碳化时间，升温速率下，获得相对应的碳材料；通过控制电解质溶液的选择，电流密度，操作电压等参数，来获得具高能量密度和功率密度电容器的电极材料。
【IPC分类】H01G11/86
【公开号】CN105161320
【申请号】CN201510675560
【发明人】余建国, 张艳勤, 戴堂明, 贾苗苗, 石文娟, 张青, 邹义松, 覃发梅
【申请人】天津工业大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年10月19日