【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能源存储，具体地，公开一种软硬异质结构多孔碳的制备方法及其在超级电容器中的应用。
技术介绍
1、生物质基多孔碳和pet塑料衍生的多孔碳因其碳含量高、成本低等优点成为一种理想的超级电容器电极材料。生物质作为热固性材料，经过高温炭化成为制备硬碳材料的重要前驱体。硬碳材料具有较高的无序度，层间距离较大，有利于离子的插层和抽离。然而，硬碳材料导电率较低以及无序结构造成的结构缺陷导致超级电容器的循环性能不够理想。pet是对苯二甲酸与乙二醇的缩聚物，与pbt一起统称为热塑性聚酯。pet经过热解、裂解等处理后，是制备软碳材料的重要来源。软碳的层间排列相对有序，石墨化程度高具有优异的导电性。但是，软碳层间距较低、吸附位点有限，限制了离子传输进而降低了材料的电化学性能。因此，两种多孔碳材料各有其优势和不足，若将软/硬碳材料复合，软碳和硬碳之间的协同效应将弥补其各自的劣势并且增强复合材料的电化学性能。
2、关于塑料的专利报道大多是用于汽车外壳、生物医学工程、建筑工程材料等方面，目前还未有将pet作为软碳前驱体制备复合材料用于能源存储领域的专利报道。但是关于塑料用于储能领域的专利已有报道，例如：公布号为cn118744982a的中国专利文献，公开了一种以废烯烃类塑料和废弃碳纤维为原料制备碳纳米管的方法及其在超级电容器中的应用。以及公布号cn118458765a的中国专利文献公开了一种含氯塑料的多孔碳制备方法及其应用。上述现有技术方案均提供了由塑料衍生的碳材料用于储能领域，为塑料的高值化利用提供了重要参考，但是影响其电化学性能
3、实验室研究通常采用低质量负载电极，活性物质的负载质量通常为2-3mg/cm2，低质量负载电极能够表现出良好的电化学性能。然而对于商业应用，活性物质的质量负载需提高至10mg/cm2，才可以作为其商业化应用的评价标准。关于制备高质量负载电极材料的专利有相关报道，例如：公告号为cn108292608b的中国专利文献，公开了具有高活性质量负载量的超级电容器电极和电芯。通过提高材料的比表面积、孔径结构、厚度制备高质量负载量的电极和电芯，但是高质量负载结构对电化学性能的影响方面并没有具体阐述。随着质量负载增加，电极增厚，电极活性材料与电解液离子传输通道延长，活性材料利用率降低，导致电荷再分布现象加剧，并且集流体、粘结剂等非活性材料的阻碍，也会导致循环稳定性降低，难以保持在薄电极情况下优异的电化学性能，器件性能的降低是不可避免的现象。因此需要通过调节电极材料的微观结构解决相关问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术中存在的问题，而提出了一种软硬异质结构多孔碳的制备方法，采用生物质和pet塑料分别作为硬碳前驱体和软碳前驱体通过炭化、化学共活化的方法制备软硬异质结构多孔碳，并将所述软硬异质结构多孔碳作为电极材料应用于超级电容器。本专利技术的优势在于制备的电极材料不仅具有较低的含氧官能团含量，而且用做高质量负载水系超级电容器的电极材料表现出优异的电化学性能，尤其是缓慢的漏电流、低自放电率和较高的面积电容。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、第一方面，提出了软硬异质结构多孔碳的制备方法，包括如下步骤：
4、步骤1：将生物质原料粉碎，除去杂质，得到生物质粉末；将pet塑料剪碎并进行清洗和烘干，得到pet塑料碎块；
5、步骤2：将步骤1所制备的生物质粉末和pet塑料碎块分别置于管式炉中，在惰性气氛中热解炭化，升温速率为5℃/min，炭化温度为600℃，炭化时间为1h，分别得到生物质热解炭chc和塑料热解炭phc；
6、步骤3：将步骤2制备的生物质热解炭chc和塑料热解炭phc按不同比例混合后与naoh按炭碱比为1:2.5的质量比混合，充分研磨均匀，在管式炉中惰性气氛下升温至750℃活化1h，降至室温后将样品取出用去离子水洗涤至中性，放入烘箱于120℃下烘干，制备得到软硬异质结构多孔碳。
7、进一步，步骤1中所述生物质包括壳聚糖、明胶、稻壳、竹子、棉花中的一种。
8、进一步，步骤1中pet塑料剪碎后用无水乙醇、去离子水超声清洗，50℃下烘干。
9、根据本专利技术具体实施例，步骤3中生物质热解炭chc和塑料热解炭phc按质量比6：1混合。
10、根据本专利技术具体实施例，步骤3中生物质热解炭chc和塑料热解炭phc按质量比4：1混合。
11、根据本专利技术具体实施例，步骤3中生物质热解炭chc和塑料热解炭phc按质量比2：1混合。
12、根据本专利技术优选实施例，步骤3中生物质热解炭chc和塑料热解炭phc按质量比1：1混合。
13、第二方面，由上述方法制备得到的软硬异质结构多孔碳作为高质量负载10-12mg/cm2碳电极材料应用于超级电容器中。
14、优选地，软硬异质结构多孔碳的质量负载为11.3mg/cm2。
15、通过上述技术方案，本专利技术可以带来如下有益效果：
16、1、pet是一种高分子聚合物，由对苯二甲酸和乙二醇通过酯化缩聚反应形成pet聚合物，酯键的存在使pet具有良好的热稳定性，熔点约为260℃。pet在高温炭化时，分子链会发生断裂、异构化、大分子有机物转化为小分子气体和液态物(油脂)以及焦炭等，形成pet热解炭(phc)。生物质内部含有氨基、羟基等活性基团，在600℃炭化1h情况下，部分c、h、o、n会以气体形式逸出，杂原子相对减少，生成生物质热解炭(chc)。由chc、phc化学共活化制备的软硬异质结构多孔碳具有更高的杂原子含量，较大的比表面积以及丰富的微孔结构，将phc引入到chc中使软硬异质结构多孔碳机械性能增加，有利于提高电化学储能器件的循环稳定性。
17、2、相比于pet衍生软碳和生物质衍生硬碳，本专利技术制备的软硬异质结构多孔碳通过短程无序的硬碳与长程有序的软碳之间的协同作用，提高了复合材料的比表面积、丰富的孔隙结构为离子存储提供了更多的吸附位点。与此同时，软硬异质结构多孔碳材料的导电率、石墨化程度和机械稳定性均得到提高，有利于增强超级电容器的电化学性能。
18、进一步的有意效果为软硬异质结构多孔碳作为超级电容器的电极材料应用在超级电容器中，在质量负载为11.3mg/cm2表现出优异的电化学性能：在电流密度为0.1a/g情况下，面积电容为3.72f/cm2，质量比电容为329.57f/g，电压保持率为78.29％，开路电压衰减率为21.85mv/h；在电流密度为1a/g下经过10000次恒流充放电后电容保持率为94.14％。
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1.软硬异质结构多孔碳的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的软硬异质结构多孔碳的制备方法，其特征在于，步骤1中所述生物质包括壳聚糖、明胶、稻壳、竹子、棉花中的一种。
3.根据权利要求1所述的软硬异质结构多孔碳的制备方法，其特征在于，步骤1中PET塑料剪碎后用无水乙醇、去离子水超声清洗，50℃下烘干。
4.根据权利要求1所述的软硬异质结构多孔碳的制备方法，其特征在于，步骤3中生物质热解炭CHC和塑料热解炭PHC按质量比6：1混合。
5.根据权利要求1所述的软硬异质结构多孔碳的制备方法，其特征在于，步骤3中生物质热解炭CHC和塑料热解炭PHC按质量比4：1混合。
6.根据权利要求1所述的软硬异质结构多孔碳的制备方法，其特征在于，步骤3中生物质热解炭CHC和塑料热解炭PHC按质量比2：1混合。
7.根据权利要求1所述的软硬异质结构多孔碳的制备方法，其特征在于，步骤3中生物质热解炭CHC和塑料热解炭PHC按质量比1：1混合。
8.由权利要求1-7中任一项所述的方法制备得到的软硬异
9.由权利要求1-7中任一项所述的方法制备得到的软硬异质结构多孔碳的质量负载为11.3mg/cm2。
...【技术特征摘要】
1.软硬异质结构多孔碳的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的软硬异质结构多孔碳的制备方法，其特征在于，步骤1中所述生物质包括壳聚糖、明胶、稻壳、竹子、棉花中的一种。
3.根据权利要求1所述的软硬异质结构多孔碳的制备方法，其特征在于，步骤1中pet塑料剪碎后用无水乙醇、去离子水超声清洗，50℃下烘干。
4.根据权利要求1所述的软硬异质结构多孔碳的制备方法，其特征在于，步骤3中生物质热解炭chc和塑料热解炭phc按质量比6：1混合。
5.根据权利要求1所述的软硬异质结构多孔碳的制备方法，其特征在于，步骤3中生物质热解炭...
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