一种铜锡合金包覆的秸秆基活性炭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，特别是一种铜锡合金包覆的秸杆基活性炭电极材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在超级电容器领域，电极材料是超级电容器的核心组成部分，其组成、结构和性质对电容器的性能起着决定性的影响。研宄表明，合理的孔径分布以及孔径与电解液离子的良好匹配，加上较高的比表面积，能够得到较高的电容值。合理的孔径分布是为了有利于电解液离子的输运，孔径与电解液离子的良好匹配是为了获得较好的双电层吸附，而较高的比表面积是获得较高电容值的前提。此外，对多孔碳材料进行杂质原子掺杂，可以获得一定量的赝电容，进一步提高多孔碳材料的电容值。
[0003]本发明通过物理方法对生物质炭进行炭化处理，无需高温设备，节约资源，在采用混合蒸汽和熔融的氢氧化钾活化，提高了活性炭的比表面积和孔隙率，提高了电容器的导电性能，并且在此基础上掺杂的导电物质和在材料表面采用铜合金进行包覆，铜合金具有优异的导电性、导热性、耐腐蚀性等特性，能够延长电容器的循环次数和增强导电性，提高超级电容器的性能。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种铜锡合金包覆的秸杆基活性炭电极材料及其制备方法。
[0005]为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施:
一种铜锡合金包覆的秸杆基活性炭电极材料，由下列重量份的原料制成:氧化镍2-3、碳酸铁1-2、对氨基苯酚1-2、铁锰酸锂2-3、四硫代钼酸铵2-3、铜锡合金4-6、聚苯胺复合材料3-5、稻杆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。
[0006]本发明所述一种铜锡合金包覆的秸杆基活性炭电极材料，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)将四硫代钼酸铵、对氨基苯酚加到乙醇的水溶液中，搅拌溶解后加入步骤(I)的产物和除铜锡合金外的其他剩余成分，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)将铜锡合金加热至熔融状态与步骤(2)的产物混合均匀即可。
[0007]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；铜合金具有优异的导电性、导热性、耐腐蚀性等特性，添加到电极材料中能够提高循环次数、增强导电性，提高超级电容器的性能。
[0008]具体实施方案
下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
[0009]一种铜锡合金包覆的秸杆基活性炭电极材料，由下列重量份(公斤)的原料制成:氧化镍2、碳酸铁1、对氨基苯酚1、铁锰酸锂2、四硫代钼酸铵3、铜锡合金5、聚苯胺复合材料4、稻杆1200、无水氢氧化钾4、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。
[0010]本发明所述一种铜锡合金包覆的秸杆基活性炭电极材料，由以下具体的步骤制成:
(1)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)将四硫代钼酸铵、对氨基苯酚加到乙醇的水溶液中，搅拌溶解后加入步骤(I)的产物和除铜锡合金外的其他剩余成分，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)将铜锡合金加热至熔融状态与步骤(2)的产物混合均匀即可。
[0011]将电极材料和导电剂、粘结剂按照比例混合均匀，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256F/g，电流为ΙΟΑ/g时，比电容为183F/g。
【主权项】
1.一种铜锡合金包覆的秸杆基活性炭电极材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成:氧化镍2-3、碳酸铁1-2、对氨基苯酚1-2、铁锰酸锂2-3、四硫代钼酸铵2_3、铜锡合金4-6、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所述一种铜锡合金包覆的秸杆基活性炭电极材料，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)将四硫代钼酸铵、对氨基苯酚加到乙醇的水溶液中，搅拌溶解后加入步骤(I)的产物和除铜锡合金外的其他剩余成分，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)将铜锡合金加热至熔融状态与步骤(2)的产物混合均匀即可。
【专利摘要】本发明公开了一种铜锡合金包覆的秸秆基活性炭电极材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：氧化镍2-3、碳酸铁1-2、对氨基苯酚1-2、铁锰酸锂2-3、四硫代钼酸铵2-3、铜锡合金4-6、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；铜合金具有优异的导电性、导热性、耐腐蚀性等特性，添加到电极材料中能够提高循环次数、增强导电性，提高超级电容器的性能。
【IPC分类】H01G11-30, H01G11-34, H01G11-48
【公开号】CN104867692
【申请号】CN201510157800
【发明人】周池莲, 鲍启兵, 万美云
【申请人】安徽江威精密制造有限公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月3日