一種高導電秸稈基活性炭復合電極材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及化學能源材料領域，特別是一種高導電秸桿基活性炭復合電極材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]超級電容器兼有普通電容器功率密度大和二次電池能量密度高的優(yōu)點，可以快速充放電而且壽命長，被認為是介于二次電池和電容器之間的一種儲能器件。它的電容量大，漏電流小，電壓記憶性好，充放電簡單而且循環(huán)次數(shù)多。可用于微型計算機存儲器的后備電源、汽車啟動裝置及太陽能、風能等潔凈能源系統(tǒng)，成為近幾年廣為關注的研宄熱點。多孔炭材料以其低廉的價格、高的比表面積、可控的孔隙結構和良好的物理化學穩(wěn)定性在超級電容器領域內(nèi)倍受關注。由于我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)作物收割會產(chǎn)生許多的秸桿，大部分的秸桿采用焚燒的方法進行處理，不僅污染了空氣，破壞了土壤的土質(zhì)，并且對人們的身體健康有害。所以炭的來源廣泛，需要經(jīng)過特定的處理制備出具有一定比表面積和孔徑分布的多孔炭，進而應用于超級電層電容器的電極材料。本發(fā)明添加的聚吡咯由于具有較好的導電性、光電性、熱電性可在常溫或低溫下使用，可以方便地沉積在各種基片上，并且成本較低、容易制備，在一定程度上提高了電容器的導電性能。
[0003]聚苯胺具有良好的導電性和快速可逆的氧化還原特性，且原料廉價易得，近年來在能量存貯領域受到人們的廣泛關注。聚苯胺本身是絕緣性，經(jīng)摻雜后才具有導電性，而且它主要摻雜點是亞胺氮原子。質(zhì)子攜帶的正電荷經(jīng)分子鏈內(nèi)部的電荷轉(zhuǎn)移，沿分子鏈產(chǎn)生周期性的分布。且苯二胺和醌二亞胺必須同時存在才能保證有效的質(zhì)子酸摻雜。質(zhì)子摻雜是聚苯胺由絕緣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘賾B(tài)的關鍵。不同的合成方式對聚苯胺的導電性和穩(wěn)定性影響很大，本發(fā)明在合成聚苯胺的同時摻雜二氧化硅和蒙脫土，增強了聚苯胺的穩(wěn)定性、導電性，并且產(chǎn)物粒徑均勻，而且都在納米級別，從而使產(chǎn)物具有了納米粒子的特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種高導電秸桿基活性炭復合電極材料及其制備方法。
[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:
一種高導電秸桿基活性炭復合電極材料，由下列重量份的原料制成:氯化鉀1-2、聚吡咯2-3、正硅酸乙酯1-3、氯金酸0.5-1、鋅合金3-5、二茂鈷1_2、乙酰丙酮鈀1_3、聚苯胺復合材料3-5、稻桿1000-1200、無水氫氧化鉀3-5、去離子水5_10 ;
所述聚苯胺復合材料是由下列重量份的原料制成:對甲苯磺酸4-6、鹽酸6-8、納米二氧化硅3-5、蒙脫土 2-4、苯胺8-12、過硫酸銨0.4-0.7、去離子水30-50 ;制備方法是將對甲苯磺酸加到4-6mol/l的鹽酸溶液中，攪拌均勻形成混合溶液，再將納米二氧化硅、蒙脫土加到混合溶液中超聲分散30-50分鐘，再加入對甲苯磺酸質(zhì)量0.5-2倍的苯胺單體，冰水浴下攪拌1-2小時形成均勻乳液，再將過硫酸銨緩慢滴加到乳液中，繼續(xù)攪拌反應3-4小時，減壓抽濾，固體沉淀依次用去離子水和對甲苯磺酸洗滌成中性，80-90° C下真空干燥8-12小時，即可得到聚苯胺復合材料。
[0006]本發(fā)明所述一種高導電秸桿基活性炭復合電極材料，由以下具體的步驟制成:
Cl)將秸桿清洗干凈后烘干，水分控制在20-25%左右，隔絕空氣經(jīng)過6-8小時常溫物理炭化堆積得到生物質(zhì)炭，再將該生物質(zhì)炭粉碎成顆粒，加到沸騰爐中，通入預先預熱至300-400° C的水蒸氣和二氧化碳混合氣體，在800-1000° C下進行氧化反應1_2小時，取出后加到熔融的無水氫氧化鉀中，得到高比表面積活性炭備用；
(2)將正硅酸乙酯加到乙醇的水溶液中，攪拌溶解后加入步驟(I)的產(chǎn)物和除鋅合金外的其他剩余成分，在80-100° C下加熱攪拌，干燥后通入純氨氣，于500-600° C下保溫50-100分鐘，然后迅速冷卻至室溫粉碎至200-400目粉末備用；
(3)將鋅合金加熱至熔融狀態(tài)與步驟(2)的產(chǎn)物混合均勻即可。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點是:本發(fā)明的聚苯胺復合材料具有價格便宜、電荷密度高等的優(yōu)點，添加到電極材料中能夠提高導電性和儲電性能；添加的聚吡咯由于具有較好的導電性、光電性、熱電性可在常溫或低溫下使用，較易沉積在各種基片上，并且成本較低、容易制備，在一定程度上提高了電容器的導電性能。
[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]一種高導電秸桿基活性炭復合電極材料，由下列重量份(公斤)的原料制成:氯化鉀1、聚吡咯2、正硅酸乙酯2、氯金酸0.7、鋅合金5、二茂鈷1、乙酰丙酮鈀2、聚苯胺復合材料4、稻桿1200、無水氫氧化鉀4、去離子水10 ；
所述聚苯胺復合材料是由下列重量份(公斤)的原料制成:對甲苯磺酸5、鹽酸7、納米二氧化硅5、蒙脫土 3、苯胺10、過硫酸銨0.4、去離子水35 ;制備方法是將對甲苯磺酸加到4-6mol/l的鹽酸溶液中，攪拌均勻形成混合溶液，再將納米二氧化硅、蒙脫土加到混合溶液中超聲分散30-50分鐘，再加入對甲苯磺酸質(zhì)量0.5-2倍的苯胺單體，冰水浴下攪拌1-2小時形成均勻乳液，再將過硫酸銨緩慢滴加到乳液中，繼續(xù)攪拌反應3-4小時，減壓抽濾，固體沉淀依次用去離子水和對甲苯磺酸洗滌成中性，80-90° C下真空干燥8-12小時，即可得到聚苯胺復合材料。
[0010]本發(fā)明所述一種高導電秸桿基活性炭復合電極材料，由以下具體的步驟制成:
(1)將秸桿清洗干凈后烘干，水分控制在20-25%左右，隔絕空氣經(jīng)過6-8小時常溫物理炭化堆積得到生物質(zhì)炭，再將該生物質(zhì)炭粉碎成顆粒，加到沸騰爐中，通入預先預熱至300-400° C的水蒸氣和二氧化碳混合氣體，在800-1000° C下進行氧化反應1_2小時，取出后加到熔融的無水氫氧化鉀中，得到高比表面積活性炭備用；
(2)將正硅酸乙酯加到乙醇的水溶液中，攪拌溶解后加入步驟(I)的產(chǎn)物和除鋅合金外的其他剩余成分，在80-100° C下加熱攪拌，干燥后通入純氨氣，于500-600° C下保溫50-100分鐘，然后迅速冷卻至室溫粉碎至200-400目粉末備用；
(3)將鋅合金加熱至熔融狀態(tài)與步驟(2)的產(chǎn)物混合均勻即可。
[0011]將電極材料和導電劑、粘結劑按照比例混合均勻，通過壓輥機制成薄片，干燥后壓在不銹鋼網(wǎng)集流體上，制成超級電容器，其參比電極為Ag/AgCl電極，電解液為lmol/1的硫酸溶液，在-0.2V至0.8V的電壓范圍內(nèi)進行恒流充放電測試，電流為0.2A/g時，比電容為273F/g，電流為ΙΟΑ/g時，比電容為171F/g。
【主權項】
1.一種高導電秸桿基活性炭復合電極材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成:氯化鉀1-2、聚吡咯2-3、正硅酸乙酯1-3、氯金酸0.5-1、鋅合金3_5、二茂鈷1_2、乙酰丙酮鈀1-3、聚苯胺復合材料3-5、秸桿1000-1200、無水氫氧化鉀3_5、去離子水5_10 ； 所述聚苯胺復合材料是由下列重量份的原料制成:對甲苯磺酸4-6、鹽酸6-8、納米二氧化硅3-5、蒙脫土 2-4、苯胺8-12、過硫酸銨0.4-0.7、去離子水30-50 ;制備方法是將對甲苯磺酸加到4-6mol/l的鹽酸溶液中，攪拌均勻形成混合溶液，再將納米二氧化硅、蒙脫土加到混合溶液中超聲分散30-50分鐘，再加入對甲苯磺酸質(zhì)量0.5-2倍的苯胺單體，冰水浴下攪拌1-2小時形成均勻乳液，再將過硫酸銨緩慢滴加到乳液中，繼續(xù)攪拌反應3-4小時，減壓抽濾，固體沉淀依次用去離子水和對甲苯磺酸洗滌成中性，80-90° C下真空干燥8-12小時，即可得到聚苯胺復合材料。
2.根據(jù)權利要求1所述一種高導電秸桿基活性炭復合電極材料，其特征在于，由以下具體的步驟制成: Cl)將秸桿清洗干凈后烘干，水分控制在20-25%左右，隔絕空氣經(jīng)過6-8小時常溫物理炭化堆積得到生物質(zhì)炭，再將該生物質(zhì)炭粉碎成顆粒，加到沸騰爐中，通入預先預熱至300-400° C的水蒸氣和二氧化碳混合氣體，在800-1000° C下進行氧化反應1_2小時，取出后加到熔融的無水氫氧化鉀中，得到高比表面積活性炭備用； (2)將正硅酸乙酯加到乙醇的水溶液中，攪拌溶解后加入步驟(I)的產(chǎn)物和除鋅合金外的其他剩余成分，在80-100° C下加熱攪拌，干燥后通入純氨氣，于500-600° C下保溫50-100分鐘，然后迅速冷卻至室溫粉碎至200-400目粉末備用； (3)將鋅合金加熱至熔融狀態(tài)與步驟(2)的產(chǎn)物混合均勻即可。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高導電秸稈基活性炭復合電極材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：氯化鉀1-2、聚吡咯2-3、正硅酸乙酯1-3、氯金酸0.5-1、鋅合金3-5、二茂鈷1-2、乙酰丙酮鈀1-3、聚苯胺復合材料3-5、秸稈1000-1200、無水氫氧化鉀3-5、去離子水5-10；本發(fā)明的聚苯胺復合材料具有價格便宜、電荷密度高等的優(yōu)點，添加到電極材料中能夠提高導電性和儲電性能；添加的聚吡咯由于具有較好的導電性、光電性、熱電性可在常溫或低溫下使用，較易沉積在各種基片上，并且成本較低、容易制備，在一定程度上提高了電容器的導電性能。
【IPC分類】H01G11-38, H01G11-34, H01G11-42, H01G11-44
【公開號】CN104851610
【申請?zhí)枴緾N201510157618
【發(fā)明人】孟官珍, 江豪, 安東升
【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