一种利用枣核制备氮掺杂多孔碳材料的工艺以及超级电容器电极的制备方法_2

文档序号:9879868阅读:来源:国知局
方案是:所述粘结剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酰胺、乙烯-丙烯-二烯共聚树脂、苯乙烯丁二烯橡胶、聚丁二烯、氟橡胶、聚环氧乙稀、聚乙烯吡咯烷酮、聚酯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇、和羟丙基纤维素中的一种或任意两种以上的组合。
[0032]进一步的技术方案是:所述溶剂包括水、醇类、聚醇类、萜类、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、和丙酸甲酯中的一种或任意两种以上的组合。
[0033]进一步的技术方案是:所述导电剂为乙炔黑,所述粘结剂为聚四氟乙烯,所述溶剂为水,所述导电衬底为泡沫镍。
[0034]进一步的技术方案是:所述导电剂、粘结剂和上述任意所述的一种利用枣核制备氮掺杂多孔碳材料的工艺制备的氮掺杂多孔碳材料的质量比为1: 1:8。
[0035]进一步的技术方案是:所述压力为15MPa。
[0036]进一步的技术方案是:所述涂覆的方法包括浸渍提拉法、刮涂法、旋涂法、喷涂法、丝网印刷法、和悬浮粒子浸涂法中的一种或任意两种以上的组合。
[0037]进一步的技术方案是:其特征在于,所述导电衬底的大小为I平方厘米。
[0038]综上所述,本发明利用廉价易得的枣核为生物质原料,由于其坚硬致密成炭率高,并且枣核自身具有很多孔道,增大了与反应物的基础面积促进掺杂以及后续的活化反应进行,通过简单的预处理后,在惰性气体保护下进行碳化的同时进行氮共掺杂反应,然后在碱的作用下活化制孔,得到具有较大比表面积和超高孔体积的生物质氮掺杂多孔碳材料,经验证,该生物质氮掺杂多孔碳材料表现出良好的电化学性能和较高的循环效率比;另外,本发明成本低廉、工艺简单,有利于产业化。
【附图说明】
[0039]构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
[0040]图1a为实施例1中碳化氮掺杂后SEM图;
[0041 ]图1b为实施例1中经活化后的氮掺杂多孔碳材料的SEM图;
[0042]图2为实施例1制备的氮掺杂多孔碳材料BET吸附曲线及孔径分布图;
[0043]图3为实施例1制备的氮掺杂多孔碳材料CO2吸附图;
[0044]图4为实施例1制备的氮掺杂多孔碳材料制备的超级电容器电极循环伏安曲线图;
[0045]图5为实施例1制备的氮掺杂多孔碳材料制备的超级电容器电极充放电曲线图。
【具体实施方式】
[0046]下面结合附图对本发明进行详细描述,本部分的描述仅是示范性和解释性,不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外,本领域技术人员根据本文件的描述,可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。
[0047]实施例1
[0048]将枣核洗净、烘干,称取1g粉碎后的枣核,放入瓷坩祸中在氮气、氨气和水蒸气的混合气体中600 C碳化2小时得到氣惨杂碳材料ο
[0049]混合气体是由氮气以300mLmin—1的流速通过75°C,IM硝酸铵溶液制备而来。尽可能的控制所述氨气、水蒸汽和惰性气体的体积比在I: I?3:100?200,尤其是体积比在1:2:150效果较佳。
[0050]取Ig氮掺杂碳材料与3gKOH加水混合均匀后130°C烘干,将所得混合物放入管式炉中在氮气环境下800°C煅烧2小时,所得氮掺杂多孔碳材料用蒸馏水洗涤至中性,100°C烘干备用。
[0051]经测试其比表面积达到2780m2g—S总孔体积为I.Icm3g+1;含氮量1.3%,其在常温常压下对二氧化碳的吸附量达到4.5mmo I /g。
[0052]将按照1:1:8比例的乙炔黑、聚四氟乙烯、氮掺杂多孔碳材料混合均匀,加入水调成泥浆状,采用刮涂法均匀涂抹在一平方厘米的泡沫镍上烘干,20Mp压实,制备超级电容器电极。
[0053]经测试,制备的超级电容器电极的比电容达425F/g。
[0054]由图1a碳化氮掺杂后的SEM图可看到材料碳化氮掺杂后具有表面有许多大孔,而活化后的SEM图,即图1b显示该碳材料经活化后孔更加致密和均匀,数量上主要是以微孔为主。
[0055]图2为本发明制备的氮掺杂多孔碳材料的BET吸附曲线及孔径分布图,该曲线为type-1型,证明其孔主要是以微孔为主,与SEM图的显示结果相吻合,而大量的微孔有助于一.氧化碳的吸附以及电容性能的提尚。
[0056]由图3可知,常温常压下本发明制备的氮掺杂多孔碳材料对二氧化碳吸附测试最高可达 4.5mmol/g。
[0057]由图4可知,通过从5mV/s的循环伏安曲线可以理论上计算出本实施例下制备的氮掺杂多孔碳材料制备的电极的比电容为400F/g多一点,与实际测量值425F/g较为接近。
[0058]如图5所示,在0.5A/g电流密度下,本实施例条件下的氮掺杂多孔碳材料制备的超级电容器的电极的恒流充放电曲线,可以准确计算出该材料比电容值为425F/g。
[0059]实施例2
[0060]将枣核洗净、烘干,称取1g粉碎后的枣核,放入瓷坩祸中在氮气、氨气和水蒸气混合气体中600 C碳化2小时得到氣惨杂碳材料ο
[0061 ]混合气体是由氮气以300mL min—1的流速通过75°C,IM硝酸铵溶液制备而来。尽可能的控制所述氨气、水蒸汽和惰性气体的体积比在I: I?3:100?200,尤其是体积比在1:2:150效果较佳。
[0062]取Ig氮掺杂碳材料与3gKOH加水混合均匀后130°C烘干,将所得混合物放入管式炉中在氮气环境下700°C煅烧2小时,所得氮掺杂多孔碳材料用蒸馏水洗涤至中性,100°C烘干备用。
[0063]经测试其比表面积达到2400m2g—1,总孔体积为0.QScm3g-1,含氮量1.7 %,其在常温常压下对二氧化碳吸附量4.1mmoI/g。
[0064]将按照1:1:8比例的乙炔黑、聚四氟乙烯、氮掺杂多孔碳材料混合均匀,加入水调成泥浆状,采用刮涂法均匀涂抹在一平方厘米的泡沫镍上烘干,15Mp压实,制备超级电容器电极。
[0065]经测试,制备的超级电容器电极的比电容320F/g,
[0066]实施例3
[0067]将枣核洗净、烘干,称取1g粉碎后的枣核,放入瓷坩祸中在氮气、氨气和水蒸气的混合气体中600 C碳化2小时得到氣惨杂碳材料ο
[0068]混合气体是由氮气以300mLmin—1的流速通过75°C,IM硝酸铵溶液制备而来。尽可能的控制所述氨气、水蒸汽和惰性气体的体积比在I: I?3:100?200,尤其是体积比在1:2:150效果较佳。
[0069]取Ig氮掺杂碳材料与3gKOH加水混合均匀后130°C烘干,将所得混合物放入管式炉中在氮气环境下900°C煅烧2小时,所得氮掺杂多孔碳材料用蒸馏水洗涤至中性,100°C烘干备用。
[0070]产品的具体性质:如经测试其比表面积达到217011?'总孔体积为0.74cm3g—1,含氮量0.5%,其在常温常压下对二氧化碳吸附量3.98mmol/g。
[0071]将按照1:1:8比例的乙炔黑、聚四氟乙烯、氮掺杂多孔碳材料混合均匀,加入水调成泥浆状,采用浸渍提拉法均匀涂抹在一平方厘米的泡沫镍上烘干,1Mp压实,制备超级电容器电极。
[0072 ] 经测试,制备的超级电容器电极的比电容值269F/g。
[0073]实施例4
[0074]将枣核洗净、烘干,称取1g粉碎后的枣核,放入瓷坩祸中在氮气、氨气和水蒸气的混合气体中500 C碳化3小时得到氣惨杂碳材料。
[0075]混合气体是由氮气以300mLmin—1的流速通过75°C,IM氯化铵溶液制备而来。尽可能的控制所述氨气、水蒸汽和惰性气体的体积比在I: I?3:100?200,尤其是体积比在1:2:150效果较佳。
[0076]取Ig氮掺杂碳材料与3gKOH加水混合均匀后130°C烘干,将所得混合物放入管式炉中在氮气环境下900°C煅烧I小时,所得氮掺杂多孔碳材料用蒸馏水洗涤至中性,100°C烘干备用。
[0077]经测试其比表面积达到2540H1Y1,总孔体积为0.94011?+1,含氮量1.2%,其在常温常压下对二氧化碳吸附量4.3mmol/g。
[0078]将按照1:1:8比例的乙炔黑、聚四氟乙烯、氮掺杂多孔碳材料混合均匀,加入水调成泥浆状,采用喷涂法均匀涂抹
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