一种生物质多孔碳材料及其制备方法和超级电容器技术

本发明专利技术涉及超级电容器材料技术领域，具体公开一种生物质多孔碳材料及其制备方法和超级电容器。其中，所述多孔碳材料由金丝皇菊制得，包括碳和掺杂元素，比表面积在1580m2/g～2100m2/g之间、平均孔径在2.70nm～3.40nm之间、孔体积在0.80cm3/g～1.10cm3/g之间。本发明专利技术的生物质多孔碳材料中的掺杂元素原位掺杂在碳材料中，具有掺杂元素分布均匀的特点，并形成结构稳定的多孔结构和具有较大的比表面积，因而表现出较为优异的电容性能。因而表现出较为优异的电容性能。因而表现出较为优异的电容性能。

A biomass porous carbon material and its preparation method and supercapacitor

【技术实现步骤摘要】
一种生物质多孔碳材料及其制备方法和超级电容器


[0001]本专利技术涉及超级电容器材料
，尤其涉及一种生物质多孔碳材料及其制备方法和超级电容器。

技术介绍

[0002]超级电容器又称电化学电容器，其具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等一些列优势，因而在储能领域具有广阔的应用前景。碳材料如活性炭、石墨烯、碳纳米管、碳气凝胶等由于具有导电性好、比表面积大等特点而被用做超级电容器的电极材料。通过掺杂其他元素，可以有效提高碳材料的电容性能。但是，现有的碳材料杂元素掺杂难度大、掺杂元素分布不均匀、掺杂效果不佳，同时存在成本高等问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术实施例的目的之一是提供一种生物质多孔碳材料，旨在解决由于碳材料掺杂难度大、掺杂效果不佳以及掺杂成本高等问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术实施例采用的技术方案如下：
[0005]一种生物质多孔碳材料，所述多孔碳材料由金丝皇菊制得，包括碳和掺杂元素，比表面积在1580m2/g～2100m2/g之间、平均孔径在2.70nm～3.40nm之间、孔体积在0.80cm3/g～1.10cm3/g之间。
[0006]在一种可能的实施方式中，所述掺杂元素包括氮和氧。
[0007]在一种可能的实施方式中，所述生物质多孔碳材料中具有介孔和微孔结构；
[0008]和/或，所述生物质多孔碳材料具有微量元素印迹。
[0009]相对于现有技术而言，本专利技术实施例提供的生物质多孔碳材料，由于其有金丝皇菊制得，一方面，金丝皇菊本身具有多孔结构，另一方面金丝皇菊含有黄酮素、多种氨基酸、维生素以及微量元素，制成的生物质多孔碳材料包括碳和掺杂元素，并且掺杂元素原位掺杂在碳材料中，具有掺杂元素分布均匀的特点，并形成结构稳定的多孔结构和具有较大的比表面积，因而表现出较为优异的电容性能。
[0010]本专利技术实施例的目的之二是提供一种生物质多孔碳材料的制备方法，其采用的具体技术方案如下：
[0011]一种如上所述的生物质多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012]对金丝皇菊进行碳化处理，获得粗碳材料；
[0013]将所述粗碳材料与活化剂混合后依次进行活化、洗涤及干燥处理，得到生物质多孔碳材料。
[0014]在一种可能的实施方式中，所述碳化处理包括在非反应气氛中按照1℃/min～10℃/min的升温速率将所述金丝皇菊加热至800℃～850℃，恒温2.0h～4.0h。
[0015]在一种可能的实施方式中，所述活化处理包括将所述粗碳材料和所述活化剂置于非反应气氛中以1℃/min～10℃/min的升温速率加热至350℃～550℃，恒温0.5h～1.0h，接
着继续以1℃/min～10℃/min的升温速率升温至750℃～850℃，恒温1.0h～3.0h。
[0016]在一种可能的实施方式中，所述洗涤处理包括依次采用酸、去离子水对所述活化得到的产物进行清洗的步骤。
[0017]在一种可能的实施方式中，所述酸包括盐酸、硫酸、磷酸中的任一种。
[0018]在一种可能的实施方式中，所述粗碳材料与所述活化剂投料的质量比为1:3～1:5；
[0019]和/或，所述活化剂包括氢氧化钾、氢氧化钠、氯化锌中的至少一种。
[0020]相对于现有技术而言，本专利技术实施例提供的生物质多孔碳材料的制备方法，工艺简单，并且获得的产品形貌稳定、产率高以及产品纯度高等特点，获得的生物质多孔碳材料具有较高的比表面积、较为稳定的材料形貌结构且掺杂元素分布均匀，可提供更多的电化学活性位点和电化学反应稳定性。
[0021]本专利技术实施例的目的之三是提供一种超级电容器。其采用的技术方案如下：
[0022]超级电容器，包括工作电极，所述工作电极包括上述所述的生物质多孔碳材料，或者包括上述所述的生物质多孔碳材料的制备方法制备得到的生物质多孔碳材料。
[0023]相对于现有技术而言，本专利技术实施例提供的超级电容器，由于电极包括上述的生物质多孔碳材料，而本专利技术的生物质多孔碳材料具有较大的比表面积、较多的电化学活性位点、掺杂元素分布均匀以及较为稳定的材料形貌结构，因此电容性能、倍率性能、循环稳定性等电化学性能较为优越。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术实施例1至实施例3提供的生物质多孔碳材料的X射线衍射图谱；
[0026]图2为本专利技术实施例1至实施例3提供的生物质多孔碳材料的拉曼光谱表征图；
[0027]图3为本专利技术实施例1和实施例2提供的生物质多孔碳材料的SEM表征图；
[0028]图4为本专利技术实施例2提供的生物质多孔碳材料的EDS谱图；
[0029]图5为本专利技术实施例1至实施例3提供的生物质多孔碳材料的氮气吸附
‑
脱附等温线；
[0030]图6为本专利技术实施例1至实施例3提供的生物质多孔碳材料的BJH孔径分布图；
[0031]图7为本专利技术实施例2提供的生物质多孔碳材料制成的超级电容器的循环伏安测试曲线；
[0032]图8为本专利技术实施例2提供的生物质多孔碳材料在不同电流密度下的恒流充放电测试曲线；
[0033]图9为本专利技术实施例2提供的生物质多孔碳材料在不同电流密度下的恒流充放电测试曲线；
[0034]图10为本专利技术实施例2提供的生物质多孔碳材料的倍率曲线；
[0035]图11为本专利技术实施例2提供的生物质多孔碳材料的交流阻抗曲线；
[0036]图12为本专利技术实施例2提供的生物质多孔碳材料的循环稳定性图；
[0037]图13为本专利技术实施例2提供的生物质多孔碳材料组装成的对称型超级电容器的循环伏安曲线；
[0038]图14为本专利技术实施例2提供的生物质多孔碳镍钴硫材料在不同电流密度下的恒流充放电测试曲线；
[0039]图15为本专利技术实施例2提供的生物质多孔碳材料在不同电流密度下的恒流充放电测试曲线；
[0040]图16为本专利技术实施例2提供的生物质多孔碳材料组装成的对称型超级电容器的能量密度与功率密度曲线图；
[0041]图17为本专利技术实施例2提供的生物质多孔碳材料组装成的对称型超级电容器的循环稳定性图。
具体实施方式
[0042]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0043]本专利技术实施例提供一种生物质多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：
[0044](1)对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物质多孔碳材料，其特征在于，所述多孔碳材料由金丝皇菊制得，包括碳和掺杂元素，比表面积在1580m2/g～2100m2/g之间、平均孔径在2.70nm～3.40nm之间、孔体积在0.80cm3/g～1.10cm3/g之间。2.如权利要求1所述的生物质多孔碳材料，其特征在于，所述掺杂元素包括氮和氧。3.如权利要求1至2任一项所述的生物质多孔碳材料，其特征在于，所述生物质多孔碳材料中具有介孔和微孔结构；和/或，所述生物质多孔碳材料具有微量元素印迹。4.一种如权利要求1至3任一项所述的生物质多孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对金丝皇菊进行碳化处理，获得粗碳材料；将所述粗碳材料与活化剂混合后依次进行活化、洗涤及干燥处理，得到生物质多孔碳材料。5.如权利要求4所述的生物质多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述碳化处理包括在非反应气氛中按照1℃/min～10℃/min的升温速率将所述金丝皇菊加热至800℃～850℃，恒温2.0h～4.0h。6.如权利要求4所述的生物质多孔碳材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹继兆，徐景友，吴亚琴，张永刚，张帆，赵封林，董皓宇，郑敏海，邓飞，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：