南瓜衍生層狀碳作為超級電容器電極材料的制備方法與流程

本發明涉及超級電容器電極材料技術領域，特別涉及南瓜衍生層狀碳作為超級電容器電極材料的制備方法。

背景技術：

超級電容器具有功率密度高(>10kw/kg)、使用壽命長(>105次)和充放電時間短(幾十秒)的優點，已經廣泛應用于電子設備和混合動力車等領域，隨著清潔能源的迅猛發展和汽車性能的不斷提高，對于超級電容器電極材料的性能和成本要求越來越高。目前商用的超級電容器電極材料大多是氧化錳體系，雖然氧化錳電極的理論容量高，但是它的循環穩定性差，經過幾千次的充放電，它的容量衰減嚴重，使用壽命較短。而碳基電極材料的使用壽命很長，經過幾萬次的充放電循環使用，容量依舊保持在90％以上；并且碳材料的導電性好，作為電極材料它具有良好的倍率性能；碳材料化學穩定性好，能耐酸耐堿，并且無毒，因此具有巨大的電容器電極應用前景。目前大部分活性炭作為電容器的比容量在200f/g，隨著電動車等高能量器件的發展，對電容器的能量密度要求也越來越高，因此需要提高其比容量。

南瓜產量豐富，它的成分主要是碳，氫和氧，其具有作為生物質衍生碳材料的潛力。

技術實現要素：

本發明的目的在于合理利用南瓜資源，提供一種南瓜衍生層狀碳材料作為超級電容器電極材料的制備方法。

一種南瓜衍生層狀碳作為超級電容器電極材料的制備方法，包括如下步驟：

1)取料：將新鮮南瓜去除表面和籽，得到黃色的南瓜，將其削成厚度為0.1-3mm的薄片；

2)干燥：將上述薄片在0～-50℃下冷凍干燥12-24小時；

3)碳化：將冷凍干燥處理后的薄片在600-1000℃下碳化，保溫時間1-10小時，通惰性氣體保護；

4)活化：將碳化產物放入2-7m的koh溶液中浸泡1-3天，koh與碳化產物的質量比為5:1至1:1；把浸泡的碳取出干燥，放入管式爐活化，活化條件為：600-1000℃下煅燒1-5小時，并通惰性氣體保護，最后降到室溫，用0.1mhcl清洗殘留的鉀鹽，得到層狀多孔結構的南瓜衍生層狀碳材料。

優選地，所述惰性氣體為氬氣或氮氣。

優選地，所述高溫煅燒的升溫速率為1-15℃/min。

優選地，所述惰性氣氛為ar或n2氣氛。

優選地，所述的層狀結構南瓜衍生碳材料，其比表面積大于2000m²/g，用作超級電容器電極材料在1a/g下恒電流放電比容量大于300f/g，10a/g下恒電流充放電5000次容量無衰減。

本發明的優點在于：

1)原料廉價易得；

2)操作簡便易行；

3)制備的南瓜衍生碳材料具有層狀結構，比表面積大；

4)該層狀多孔南瓜衍生碳材料用作超級電容器電極材料時，具有比容量高、倍率性能及循環穩定性好的優點。

附圖說明

圖1是本發明南瓜衍生層狀碳作為超級電容器電極材料的制備方法一較佳實施例的流程圖。

圖2是本發明的實施例1到4中制備的衍生碳材料的xrd圖。

圖3是本發明的實施例1到4中制備的衍生碳材料的sem圖。

圖4是本發明的實施例1到4中制備的衍生碳材料的恒電流充放電曲線圖。

圖5是本發明的實施例1到4中制備的衍生碳材料的循環伏安曲線。

圖6是本發明的實施例1到4中制備的衍生碳材料的恒電流循環充放電圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地描述。

下面結合實施例和附圖對本發明作進一步詳細說明。

實施例1：

1)取料：將新鮮南瓜去除表面和籽，得到黃色的南瓜，將其削成厚度為0.1cm的薄片。

2)干燥：將上述薄片在0℃下冷凍干燥24小時。

3)碳化：將冷凍干燥處理后的薄片在600℃下碳化得到碳化物，將碳化物保溫時間2小時，通氮氣保護。

4)活化：將碳化產物放入2m(摩爾每升)koh(氫氧化鉀)溶液中浸泡3天，koh溶液與碳化產物的質量比為5：1；把浸泡的碳化產物取出干燥，放入管式爐活化，活化條件為：700℃下煅燒5小時，并通氮氣保護，最后降到室溫，用0.1mhcl(氯化氫溶液)清洗殘留的鉀鹽，得到層狀多孔結構的南瓜衍生層狀碳材料。

5)電化學性能測試：采用水相三電極系統測試上述制得的南瓜衍生層狀碳材料的電化學性能，其中所制備的南瓜衍生層狀碳材料做成工作電極，鉑片為對電極、hg/hgo為參比電極，電解液為6m的koh溶液，測試儀器為上海晨化chi760e電化學工作站；測試結果如附圖4-6所示。

實施例2：

1)取料:將新鮮南瓜去除表面和籽，得到黃色的南瓜，將其削成厚度為0.5mm的薄片。

2)干燥：將上述薄片在-10℃下冷凍干燥20小時。

3)碳化：將冷凍干燥處理后的薄片在700℃下碳化，保溫時間8小時，通氬性氣體保護。

4)活化：將碳化產物放入3mkoh溶液中浸泡3天，koh溶液與碳化產物的質量比為4：1；把浸泡的碳化產物取出干燥，放入管式爐活化，活化條件為：700℃下煅燒4小時，并通氬氣保護，最后降到室溫，用0.1mhcl清洗殘留的鉀鹽，得到層狀多孔結構的南瓜衍生層狀碳材料。

5)電化學性能測試：其測試方法同實施例1。

實施例3：

1)取料：將新鮮南瓜去除表面和籽，得到黃色的南瓜，將其削成厚度為1mm的薄片。

2)干燥：將上述薄片在-20℃下冷凍干燥15小時。

3)碳化：將冷凍干燥處理后的薄片在9000℃下碳化，保溫時間5小時，通氮氣保護。

4)活化：將碳化產物放入5mkoh溶液中浸泡2天，koh溶液與碳化產物的質量比為3:1；把浸泡的碳化產物取出干燥，放入管式爐活化，活化條件為：900℃下煅燒2小時，并通氮氣保護，最后降到室溫，用0.1mhcl清洗殘留的鉀鹽，得到層狀多孔結構的南瓜衍生層狀碳材料。

5)電化學性能測試：其測試方法同實施例1。

實施例4：

1)取料:將新鮮南瓜去除表面和籽，得到黃色的南瓜，將其削成厚度為3mm的薄片。

2)干燥：將上述薄片在-50℃下冷凍干燥12小時。

3)碳化：將冷凍干燥處理后的薄片在1000℃下碳化，保溫時間1小時，通氬氣保護。

4)活化：將碳化產物放入7mkoh溶液中浸泡1天，koh與碳化產物的質量比為1：1；把浸泡的碳化產物取出干燥，放入管式爐活化，活化條件為：1000℃下煅燒1小時，并通氬氣保護，最后降到室溫，用0.1mhcl清洗殘留的鉀鹽，得到層狀多孔結構的南瓜衍生層狀碳材料。

5)電化學性能測試：其測試方法同實施例1。

參見附圖，圖2為實施例1到4中制備的南瓜衍生碳材料的xrd圖。其中，橫坐標是角度；縱坐標是相對強度。圖中可以看出在2θ為25°處有較弱的石墨衍射峰，從而證明得到的產物為非晶態碳材料，。

圖3為實施例1到4中制備的南瓜衍生碳材料的sem圖。從圖中可以看到這種碳材料為層狀結構，且層厚度很薄；因此它具有極大的比表面積，這有利于離子的擴散接觸，可以提高超級電容器的容量。

圖4為實施例1到4中制備的南瓜衍生碳材料的恒電流充放電曲線圖。從圖中可以看出，在1a/g的電流密度下，充放電時間基本在380s左右，比容量高達380f/g。

圖5為實施例1到4中制備的南瓜衍生碳材料的循環伏安曲線。從圖中可以看出，在20mvs^-1的掃速下，它依舊保持矩形曲線，說明了它具有理想的雙電層儲能特征。

圖6為實施例1到4中制備的南瓜衍生碳材料的循環穩定性曲線。在10a/g的電流密度下，經過5000次循環后，比容量的保持率高達99％，說明它具有良好的循環穩定性。

本發明并不局限上述所列舉的具體實施方式，本領域的技術人員可以根據本發明工作原理和上面給出的具體實施方式，可以做出各種等同的修改、等同的替換、部件增減和重新組合，從而構成更多新的實施方式。