糠醛渣-海藻酸钠复合凝胶球基超级电容器用多孔碳材料

本发明属于超级电容器领域，特别涉及糠醛渣-海藻酸钠复合凝胶球基超级电容器用多孔碳材料。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、超级电容器是一种新型储能装置，介于电池和电容之间，其极大的容量完全可以作为电池使用，具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等优点，目前在新能源汽车、无轨电车等工业及军事领域都有着广泛应用。电极材料是超级电容器的重要组成部分，对于提高超级电容器的性能和降低成本至关重要。目前，超级电容器电极材料主要有四大类：碳材料、金属氧化物或氢氧化物、导电聚合物、复合电极材料。其中，碳材料由于具有超高的比表面积，丰富的孔结构，良好的导电性，稳定的充放电性能等优点，是制备超级电容器的首选材料。

3、海藻酸钠作为一种来源广泛，绿色无污染的海洋材料，在制备超级电容器的多孔碳电极材料中得到广泛应用，例如：专利cn201811065910.2公开了一种以海藻酸钠为碳源的锂离子电池负极多孔碳材料的制备方法，通过在海藻酸钠溶液中加入模板微球，以提高碳材料的电化学性能。

4、糠醛渣作为一种农业废弃物料，可以通过水热碳化法制备出孔径分布均匀、孔隙率较高的超级电容器用碳材料，例如：论文《糠醛渣多孔碳的制备及其在超级电容器中的应用》以糠醛渣为原料，koh（氢氧化钾）为活化剂，在氩气氛围下通过两步碳化的方法制备三维多孔碳材料。

5、但目前以海藻酸钠或糠醛渣作为碳源，通过掺杂金属/非金属元素、微米/纳米微球或活化剂处理的等方式制备的多孔碳材料的电化学容量和循环性能仍有待提升。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种糠醛渣-海藻酸钠复合凝胶球基超级电容器用多孔碳材料。本发明经过对生物质材料和掺杂材料的系统研究和实验筛选发现：在海藻酸钠凝胶球中掺入糠醛渣，可以有效地改善了凝胶球碳化后的多孔结构，显著提升了多孔碳材料的电化学性能。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供了一种糠醛渣-海藻酸钠复合凝胶球基超级电容器用多孔碳材料，采用如下方法制备：

4、将糠醛渣和海藻酸钠在溶剂中混合均匀，得到糠醛渣-海藻酸钠混合液；

5、将所述糠醛渣-海藻酸钠混合液加入到cacl2（氯化钙）溶液中，形成凝胶球，固化、洗涤、冷冻干燥，得到糠醛渣-海藻酸钠复合凝胶球；

6、将所述糠醛渣-海藻酸钠复合凝胶球进行一次煅烧，将煅烧后的产物与氢氧化钾在溶剂中混合均匀，干燥，进行二次煅烧，得到碳材料，酸洗，水洗，得到超级电容器用多孔碳材料。

7、进一步的，所述糠醛渣和海藻酸钠的质量比为2-10：2。

8、进一步的，所述糠醛渣-海藻酸钠混合液逐滴滴入cacl2溶液。

9、进一步的，所述固化的时间为22h -26h。

10、进一步的，所述洗涤采用去离子水。

11、进一步的，所述一次煅烧的条件为：在氮气气氛保护下，升温至400℃-600℃，保温20min-40min，冷却。

12、进一步的，所述煅烧后的产物与氢氧化钾的质量比为1：3.5-4.5。

13、进一步的，所述二次煅烧的具体条件为：在氮气保护下，升温至700℃-900℃，保温0.5h-1.5h，随后冷却至室温。

14、本发明的有益效果

15、(1)相较于掺杂金属/非金属元素、微米/纳米微球的传统工艺，本发明在海藻酸钠凝胶球中掺入糠醛渣，可以更好地改善凝胶球碳化后的多孔结构，获得的多孔碳材料具有更优的电化学性能。

16、(2)本发明制备fr-sa（糠醛渣-海藻酸钠）复合碳材料，不仅制备方法简单易行，而且表现出良好的电化学储能性能和电导率，当电流密度为1a/g时，其比电容为412.6f/g，在10a/g的电流密度下循环5000次后仍然拥有93.5%的电容保持率，拥有优异的循环稳定性，在超级电容器等领域有广阔的应用前景。

17、(3)本发明制备方法简单、实用性强，易于推广。

技术特征：

1.一种糠醛渣-海藻酸钠复合凝胶球基超级电容器用多孔碳材料，其特征在于，采用如下方法制备：

2.如权利要求1所述的糠醛渣-海藻酸钠复合凝胶球基超级电容器用多孔碳材料，其特征在于，所述糠醛渣和海藻酸钠的质量比为2-10：2。

3.如权利要求1所述的糠醛渣-海藻酸钠复合凝胶球基超级电容器用多孔碳材料，其特征在于，所述糠醛渣-海藻酸钠混合液逐滴滴入cacl2溶液。

4.如权利要求1所述的糠醛渣-海藻酸钠复合凝胶球基超级电容器用多孔碳材料，其特征在于，所述固化的时间为22h -26h。

5.如权利要求1所述的糠醛渣-海藻酸钠复合凝胶球基超级电容器用多孔碳材料，其特征在于，所述洗涤采用去离子水。

6.如权利要求1所述的糠醛渣-海藻酸钠复合凝胶球基超级电容器用多孔碳材料，其特征在于，所述一次煅烧的条件为：在氮气气氛保护下，升温至400℃-600℃，保温20min-40min，冷却。

7.如权利要求1所述的糠醛渣-海藻酸钠复合凝胶球基超级电容器用多孔碳材料，其特征在于，所述煅烧后的产物与氢氧化钾的质量比为1：3.5-4.5。

8.如权利要求1所述的糠醛渣-海藻酸钠复合凝胶球基超级电容器用多孔碳材料，其特征在于，所述二次煅烧的具体条件为：在氮气保护下，升温至700℃-900℃，保温0.5h-1.5h，随后冷却至室温。

9.如权利要求1所述的糠醛渣-海藻酸钠复合凝胶球基超级电容器用多孔碳材料，其特征在于，所述酸洗采用盐酸。

10.如权利要求1所述的糠醛渣-海藻酸钠复合凝胶球基超级电容器用多孔碳材料，其特征在于，所述水洗采用去离子水洗涤至中性。

技术总结
本发明涉及糠醛渣‑海藻酸钠复合凝胶球基超级电容器用多孔碳材料，包括：将糠醛渣和海藻酸钠在溶剂中混合均匀，得到糠醛渣‑海藻酸钠混合液；将其加入到CaCl<subgt;2</subgt;溶液中，形成凝胶球，固化后，洗涤、冷冻干燥，得到糠醛渣‑海藻酸钠复合凝胶球；将所述糠醛渣‑海藻酸钠复合凝胶球进行一次煅烧，将煅烧后的产物与氢氧化钾在溶剂中混合均匀，干燥，进行二次煅烧，得到碳材料，酸洗，水洗，得到超级电容器用多孔碳材料。本发明多孔碳材料的制备方法简单易行，表现出良好的电化学储能性能和电导率，拥有优异的循环稳定性，在超级电容器等领域有广阔的应用前景。本发明解决了目前海藻酸钠或糠醛渣基多孔碳材料电化学性能不足的问题。

技术研发人员：刘秀玉,黄惠,潘漱娟,李宗全,毕延刚,丁华刚
受保护的技术使用者：齐鲁工业大学（山东省科学院）
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22