一種高化學穩(wěn)定性的秸稈基超級電容器電極及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及化學能源材料領域，特別是一種高化學穩(wěn)定性的秸桿基超級電容器電極及其制備方法。
【背景技術】
[0002]超級電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和二次電池之間的電化學儲能裝置，主要包括雙電層電容和法拉第準電容(也稱為贗電容)。雙電層電容的原理是德國物理學家亥姆霍茲于1853年提出的界面雙電層理論，即通過活性材料和電解液界面上的電荷分離過程產生靜電電容進行儲能。相比于法拉第準電容，雙電層電容在電極和電解液表面沒有化學反應，具有更快的充放電速度，更高的功率密度，更好的循環(huán)穩(wěn)定性，以及更長久的充放電壽命。超級電容器一般采用具有較大比表面積的多孔炭結構作為儲能活性材料。但是一直以來阻礙活性炭應用發(fā)展的最大問題是高昂的生產價格，所以國內外的研宄工作集中在如何利用價廉易得的廢棄生物質能源來制備具有高比表面積的木質活性炭。
[0003]我國是農業(yè)大國，伴隨著各種農作物成熟后秸桿產量更是多達7億多噸，除去將其用作燃料、建筑材料、飼料和肥料以及發(fā)電外，仍有60%的無法有效利用而遭廢棄，不僅造成了大量的生物質能源浪費，也對環(huán)境造成了一定的影響。所以本發(fā)明利用農作物秸桿進行炭化、活化等步驟制成活性炭，作為電極的材料，但是缺點就是能量密度不高，針對這一情況添加的磷酸鐵鋰具有高的能量密度，安全性好，對人體無毒，并且充電速度快，壽命長，和活性炭相互協(xié)同作用，具有很高的化學穩(wěn)定性和能量密度，性能優(yōu)異。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種高化學穩(wěn)定性的秸桿基超級電容器電極及其制備方法。
[0005]為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明通過以下方案實施:
一種高化學穩(wěn)定性的秸桿基超級電容器電極，由下列重量份的原料制成:改性秸桿復合材料85-95、磷酸鐵鋰2-4、醋酸鋅1-2、硝酸鎂1_2、硅微球2_3、聚偏氟乙烯1_2、N-甲基-2-吡咯烷酮3-5、去離子水適量；
所述改性秸桿復合材料是由下列重量份的原料制成:秸桿100-120、稀鹽酸溶液30-50、氯化鋅30-50、甲基三乙氧基硅烷1-2、鈦酸錳1_2、導電炭黑2_4、石墨烯2_4、煅燒高嶺土 15-25、過硫酸鉀0.5-0.8、超細玻璃纖維0.5-1 ;制備方法是(I)將秸桿粉碎成8_20目，用水清洗干凈后在100-120° C下干燥至恒重；(2)將秸桿原料與60%的氯化鋅按照I: 2-3的配比混合，攪拌均勻，浸漬24小時后放入馬弗爐中，在600-700° C溫度下活化I小時，然后經水洗、過濾、干燥得到活性炭備用；(3)將煅燒高嶺土和活性炭加到稀鹽酸溶液中，于室溫下浸泡8-12小時，過濾，固體用蒸餾水洗滌至中性，濾液無氯離子檢出，真空干燥后研磨粉碎過200-300目篩；(4)將步驟(3)的產物和蒸餾水按照粉體重量:0.1:30-50的比例混合均勻，加熱至40-50° C，加入過硫酸鉀、甲基三乙氧基硅烷，攪拌均勻，再加入其余剩余物質攪拌3-5小時，反應結束后經抽濾、干燥制得改性秸桿復合材料。
[0006]本發(fā)明所述一種高化學穩(wěn)定性的秸桿基超級電容器電極，由以下具體的步驟制成:將聚偏氟乙烯加到N-甲基-2-吡咯烷酮中，高速攪拌形成粘稠的液體，再加入稱量好的磷酸鐵鋰、醋酸鋅、硝酸鎂、硅微球充分攪拌0.5-1小時，再加入改性秸桿復合材料和適量的去離子水，先高速攪拌1-2小時，再轉移到膠磨機中低速研磨得到200-400目的漿料，再將漿料均勻的涂布在集流體上，在溫度100-110° C下真空干燥8-12小時，取出后在1MPa的壓力下進行壓片，裁剪后再次放入真空干燥箱內90-100° C溫度下烘干至恒重即可。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點是:本發(fā)明通過對作物秸桿炭化、活化和摻雜改性，制備出高活性、高比表面積的炭，添加的磷酸鐵鋰具有高的能量密度，安全性好，對人體無毒，并且充電速度快，壽命長，和活性炭相互協(xié)同作用，具有很高的化學穩(wěn)定性和能量密度，性能優(yōu)異。
[0008]具體實施方案
下面通過具體實例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0009]一種高化學穩(wěn)定性的秸桿基超級電容器電極，由下列重量份(公斤)的原料制成:改性秸桿復合材料90、磷酸鐵鋰3、醋酸鋅1、硝酸鎂2、硅微球3、聚偏氟乙烯2、N-甲基-2-吡咯烷酮5、去離子水適量；
所述改性秸桿復合材料是由下列重量份(公斤)的原料制成:秸桿100、稀鹽酸溶液39、氯化鋅35、甲基三乙氧基硅烷1、鈦酸錳2、導電炭黑4、石墨烯3、煅燒高嶺土 20、過硫酸鉀0.7、超細玻璃纖維0.8 ;制備方法是(I)將秸桿粉碎成8-20目，用水清洗干凈后在100-120° C下干燥至恒重；(2)將秸桿原料與60%的氯化鋅按照1:2-3的配比混合，攪拌均勻，浸漬24小時后放入馬弗爐中，在600-700° C溫度下活化I小時，然后經水洗、過濾、干燥得到活性炭備用；(3)將煅燒高嶺土和活性炭加到稀鹽酸溶液中，于室溫下浸泡8-12小時，過濾，固體用蒸餾水洗滌至中性，濾液無氯離子檢出，真空干燥后研磨粉碎過200-300目篩；(4)將步驟(3)的產物和蒸餾水按照粉體重量:0.1:30-50的比例混合均勻，加熱至40-50° C，加入過硫酸鉀、甲基三乙氧基硅烷，攪拌均勻，再加入其余剩余物質攪拌3-5小時，反應結束后經抽濾、干燥制得改性秸桿復合材料。
[0010]本發(fā)明所述一種高化學穩(wěn)定性的秸桿基超級電容器電極，由以下具體的步驟制成:將聚偏氟乙烯加到N-甲基-2-吡咯烷酮中，高速攪拌形成粘稠的液體，再加入稱量好的磷酸鐵鋰、醋酸鋅、硝酸鎂、硅微球充分攪拌0.5-1小時，再加入改性秸桿復合材料和適量的去離子水，先高速攪拌1-2小時，再轉移到膠磨機中低速研磨得到200-400目的漿料，再將漿料均勻的涂布在集流體上，在溫度100-110° C下真空干燥8-12小時，取出后在1MPa的壓力下進行壓片，裁剪后再次放入真空干燥箱內90-100° C溫度下烘干至恒重即可。
[0011]以所述實施例中制備的電極為工作電極，鋁箔為集電極，聚四氟乙烯為隔膜，1.0M三乙基甲基銨四氟硼酸鹽的乙腈溶液為電解液，在1.2-2.5V的范圍內，在恒流(5mA)下進行循環(huán)測試，容量:1.69F，內阻:1.7 Ω.m，循環(huán)容量保持率(％):98.3。
【主權項】
1.一種高化學穩(wěn)定性的秸桿基超級電容器電極，其特征在于，由下列重量份的原料制成:改性秸桿復合材料85-95、磷酸鐵鋰2-4、醋酸鋅1-2、硝酸鎂1_2、硅微球2_3、聚偏氟乙烯1-2、N-甲基-2-吡咯烷酮3-5、去離子水適量； 所述改性秸桿復合材料是由下列重量份的原料制成:秸桿100-120、稀鹽酸溶液30-50、氯化鋅30-50、甲基三乙氧基硅烷1-2、鈦酸錳1_2、導電炭黑2_4、石墨烯2_4、煅燒高嶺土 15-25、過硫酸鉀0.5-0.8、超細玻璃纖維0.5-1 ;制備方法是(I)將秸桿粉碎成8_20目，用水清洗干凈后在100-120° C下干燥至恒重；(2)將秸桿原料與60%的氯化鋅按照I: 2-3的配比混合，攪拌均勻，浸漬24小時后放入馬弗爐中，在600-700° C溫度下活化I小時，然后經水洗、過濾、干燥得到活性炭備用；(3)將煅燒高嶺土和活性炭加到稀鹽酸溶液中，于室溫下浸泡8-12小時，過濾，固體用蒸餾水洗滌至中性，濾液無氯離子檢出，真空干燥后研磨粉碎過200-300目篩；(4)將步驟(3)的產物和蒸餾水按照粉體重量:0.1:30-50的比例混合均勻，加熱至40-50° C，加入過硫酸鉀、甲基三乙氧基硅烷，攪拌均勻，再加入其余剩余物質攪拌3-5小時，反應結束后經抽濾、干燥制得改性秸桿復合材料。
2.根據(jù)權利要求1所述一種高化學穩(wěn)定性的秸桿基超級電容器電極，其特征在于，由以下具體的步驟制成:將聚偏氟乙烯加到N-甲基-2-吡咯烷酮中，高速攪拌形成粘稠的液體，再加入稱量好的磷酸鐵鋰、醋酸鋅、硝酸鎂、硅微球充分攪拌0.5-1小時，再加入改性秸桿復合材料和適量的去離子水，先高速攪拌1-2小時，再轉移到膠磨機中低速研磨得到200-400目的漿料，再將漿料均勻的涂布在集流體上，在溫度100-110° C下真空干燥8_12小時，取出后在1MPa的壓力下進行壓片，裁剪后再次放入真空干燥箱內90-100° C溫度下烘干至恒重即可。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高化學穩(wěn)定性的秸稈基超級電容器電極，其特征在于，由下列重量份的原料制成：改性秸稈復合材料85-95、磷酸鐵鋰2-4、醋酸鋅1-2、硝酸鎂1-2、硅微球2-3、聚偏氟乙烯1-2、N-甲基-2-吡咯烷酮3-5、去離子水適量；本發(fā)明通過對作物秸稈炭化、活化和摻雜改性，制備出高活性、高比表面積的炭，添加的磷酸鐵鋰具有高的能量密度，安全性好，對人體無毒，并且充電速度快，壽命長，和活性炭相互協(xié)同作用，具有很高的化學穩(wěn)定性和能量密度，性能優(yōu)異。
【IPC分類】H01G11-86, H01G11-38, H01G11-34
【公開號】CN104851609
【申請?zhí)枴緾N201510157610
【發(fā)明人】鄭穎, 李亞, 紀沿海
【申請人】安徽江威精密制造有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年4月3日