一种高纯超细秸秆基活性炭复合电极材料及其制备方法.pdf

本发明公开了一种高纯超细秸秆基活性炭复合电极材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：硫酸亚锡2-3、草酸铁2-4、聚乙烯吡咯烷酮1-2、钒酸镍锂2-4、铝合金3-5、乙醇4-6、聚苯胺复合材料3-5、秸秆1000-1200、无水氢氧化钾3-5、去离子水5-10；本发明的聚苯胺复合材料具有价格便宜、电荷密度高等的优点，添加到电极材料中能够提高导电性和储电性能；添加的铝合金与电极材料反应，增加孔隙率，提高了导电性，增强了超级电容器的电容量。

权利要求书1.  一种高纯超细秸秆基活性炭复合电极材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：硫酸亚锡2-3、草酸铁2-4、聚乙烯吡咯烷酮1-2、钒酸镍锂2-4、铝合金3-5、乙醇4-6、聚苯胺复合材料3-5、秸秆1000-1200、无水氢氧化钾3-5、去离子水5-10； 所述聚苯胺复合材料是由下列重量份的原料制成：对甲苯磺酸4-6、盐酸6-8、纳米二氧化硅3-5、蒙脱土2-4、苯胺8-12、过硫酸铵0.4-0.7、去离子水30-50；制备方法是将对甲苯磺酸加到4-6mol/l的盐酸溶液中，搅拌均匀形成混合溶液，再将纳米二氧化硅、蒙脱土加到混合溶液中超声分散30-50分钟，再加入对甲苯磺酸质量0.5-2倍的苯胺单体，冰水浴下搅拌1-2小时形成均匀乳液，再将过硫酸铵缓慢滴加到乳液中，继续搅拌反应3-4小时，减压抽滤，固体沉淀依次用去离子水和对甲苯磺酸洗涤成中性，80-90°C下真空干燥8-12小时，即可得到聚苯胺复合材料。 2.  根据权利要求1所述一种高纯超细秸秆基活性炭复合电极材料，其特征在于，由以下具体的步骤制成： （1）将秸秆清洗干净后烘干，水分控制在20-25%左右，隔绝空气经过6-8小时常温物理炭化堆积得到生物质炭，再将该生物质炭粉碎成颗粒，加到沸腾炉中，通入预先预热至300-400°C的水蒸气和二氧化碳混合气体，在800-1000°C下进行氧化反应1-2小时，取出后加到熔融的无水氢氧化钾中，得到高比表面积活性炭备用； (2)将聚乙烯吡咯烷酮加到乙醇的水溶液中，搅拌溶解后加入步骤（1）的产物和除铝合金外的其他剩余成分，在80-100°C下加热搅拌，干燥后通入纯氨气，于500-600°C下保温50-100分钟，然后迅速冷却至室温粉碎至200-400目粉末备用； （3）将铝合金加热至熔融状态与步骤（2）的产物混合均匀即可。

说明书一种高纯超细秸秆基活性炭复合电极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及化学能源材料领域，特别是一种高纯超细秸秆基活性炭复合电极材料及其制备方法。
背景技术
聚苯胺具有良好的导电性和快速可逆的氧化还原特性，且原料廉价易得，近年来在能量存贮领域受到人们的广泛关注。聚苯胺本身是绝缘性，经掺杂后才具有导电性，而且它主要掺杂点是亚胺氮原子。质子携带的正电荷经分子链内部的电荷转移，沿分子链产生周期性的分布。且苯二胺和醌二亚胺必须同时存在才能保证有效的质子酸掺杂。质子掺杂是聚苯胺由绝缘态转变为金属态的关键。不同的合成方式对聚苯胺的导电性和稳定性影响很大，本发明在合成聚苯胺的同时掺杂二氧化硅和蒙脱土，增强了聚苯胺的稳定性、导电性，并且产物粒径均匀，而且都在纳米级别，从而使产物具有了纳米粒子的特性。
我国是农业大国，每年的农作物收割之后会产生许多的秸秆，大部分秸秆会被人们焚烧掉，这样不仅污染了空气，也是材料的巨大浪费。秸秆利用其自身的植物纤维结构，通过炭化、活化后制成的活性炭，可以作为超级电容器的电极材料，它来源广泛、资源可再生、成本低、导电性好，是大家争相研究的热点。本发明通过物理方法进行炭化，无需设备和较高温度的温度进行炭化，节约了资源，再通过水蒸气和二氧化碳气体的活化增加了比表面积，提高导电率。
本发明还通过金属合金包覆，与电极材料反应，增加孔隙率，提高了导电性，增强了超级电容器的电容量。
发明内容
本发明的目的是提供一种高纯超细秸秆基活性炭复合电极材料及其制备方法。
为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：
一种高纯超细秸秆基活性炭复合电极材料，由下列重量份的原料制成：硫酸亚锡2-3、草酸铁2-4、聚乙烯吡咯烷酮1-2、钒酸镍锂2-4、铝合金3-5、乙醇4-6、聚苯胺复合材料3-5、秸秆1000-1200、无水氢氧化钾3-5、去离子水5-10；
所述聚苯胺复合材料是由下列重量份的原料制成：对甲苯磺酸4-6、盐酸6-8、纳米二氧化硅3-5、蒙脱土2-4、苯胺8-12、过硫酸铵0.4-0.7、去离子水30-50；制备方法是将对甲苯磺酸加到4-6mol/l的盐酸溶液中，搅拌均匀形成混合溶液，再将纳米二氧化硅、蒙脱土加到混合溶液中超声分散30-50分钟，再加入对甲苯磺酸质量0.5-2倍的苯胺单体，冰水浴下搅拌1-2小时形成均匀乳液，再将过硫酸铵缓慢滴加到乳液中，继续搅拌反应3-4小时，减压抽滤，固体沉淀依次用去离子水和对甲苯磺酸洗涤成中性，80-90°C下真空干燥8-12小时，即可得到聚苯胺复合材料。
本发明所述一种高纯超细秸秆基活性炭复合电极材料，由以下具体的步骤制成：
（1）将秸秆清洗干净后烘干，水分控制在20-25%左右，隔绝空气经过6-8小时常温物理炭化堆积得到生物质炭，再将该生物质炭粉碎成颗粒，加到沸腾炉中，通入预先预热至300-400°C的水蒸气和二氧化碳混合气体，在800-1000°C下进行氧化反应1-2小时，取出后加到熔融的无水氢氧化钾中，得到高比表面积活性炭备用；
(2)将聚乙烯吡咯烷酮加到乙醇的水溶液中，搅拌溶解后加入步骤（1）的产物和除铝合金外的其他剩余成分，在80-100°C下加热搅拌，干燥后通入纯氨气，于500-600°C下保温50-100分钟，然后迅速冷却至室温粉碎至200-400目粉末备用；
（3）将铝合金加热至熔融状态与步骤（2）的产物混合均匀即可。
本发明的优点是：本发明的聚苯胺复合材料具有价格便宜、电荷密度高等的优点，添加到电极材料中能够提高导电性和储电性能；添加的铝合金与电极材料反应，增加孔隙率，提高了导电性，增强了超级电容器的电容量。
具体实施方案
下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
 一种高纯超细秸秆基活性炭复合电极材料，由下列重量份（公斤）的原料制成：硫酸亚锡3、草酸铁3、聚乙烯吡咯烷酮1、钒酸镍锂3、铝合金4、乙醇5、聚苯胺复合材料4、秸秆1200、无水氢氧化钾5、去离子水10；
所述聚苯胺复合材料是由下列重量份(公斤)的原料制成：对甲苯磺酸5、盐酸7、纳米二氧化硅5、蒙脱土3、苯胺10、过硫酸铵0.4、去离子水35；制备方法是将对甲苯磺酸加到4-6mol/l的盐酸溶液中，搅拌均匀形成混合溶液，再将纳米二氧化硅、蒙脱土加到混合溶液中超声分散30-50分钟，再加入对甲苯磺酸质量0.5-2倍的苯胺单体，冰水浴下搅拌1-2小时形成均匀乳液，再将过硫酸铵缓慢滴加到乳液中，继续搅拌反应3-4小时，减压抽滤，固体沉淀依次用去离子水和对甲苯磺酸洗涤成中性，80-90°C下真空干燥8-12小时，即可得到聚苯胺复合材料。
本发明所述一种高纯超细秸秆基活性炭复合电极材料，由以下具体的步骤制成：
（1）将秸秆清洗干净后烘干，水分控制在20-25%左右，隔绝空气经过6-8小时常温物理炭化堆积得到生物质炭，再将该生物质炭粉碎成颗粒，加到沸腾炉中，通入预先预热至300-400°C的水蒸气和二氧化碳混合气体，在800-1000°C下进行氧化反应1-2小时，取出后加到熔融的无水氢氧化钾中，得到高比表面积活性炭备用；
(2)将聚乙烯吡咯烷酮加到乙醇的水溶液中，搅拌溶解后加入步骤（1）的产物和除铝合金外的其他剩余成分，在80-100°C下加热搅拌，干燥后通入纯氨气，于500-600°C下保温50-100分钟，然后迅速冷却至室温粉碎至200-400目粉末备用；
（3）将铝合金加热至熔融状态与步骤（2）的产物混合均匀即可。
将电极材料和导电剂、粘结剂按照比例混合均匀，通过压辊机制成薄片，干燥后压在不锈钢网集流体上，制成超级电容器，其参比电极为Ag/AgCl电极，电解液为1mol/l的硫酸溶液，在-0.2V至0.8V的电压范围内进行恒流充放电测试，电流为0.2A/g时，比电容为234F/g，电流为10A/g时，比电容为167F/g。