一種機械穩定性高的秸稈基電極材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及化學能源材料領域，特別是一種機械穩定性高的秸桿基電極材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]超級電容器是上世紀七、八十年代發展起來的一種新型的儲能裝置。它是一種介于傳統電容器與電池之間、具有特殊性能的電源。超級電容器的突出優點是功率密度高、充放電時間短、循環壽命長、工作溫度范圍寬。提高超級電容器的能量密度和功率密度一直是人類的追求。本發明選用植物秸桿作為炭源，利用秸桿具有天然的植物纖維結構，通過對其進行炭化、活化等步驟制備了活性炭，一般活性炭具有比電容相對較小，能量密度不高和機械穩定性不高等缺點，本發明添加的離子型導電聚合物，具有一定的流動性，聚合物中含有的小分子離子在電場作用下，在其內部作一定程度的定向擴散運動，從而具有導電性，其中聚合物的機械強度大，所以添加的離子型導電聚合物和活性炭協同作用，制備了具有高機械穩定性的電極材料。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種機械穩定性高的秸桿基電極材料及其制備方法。
[0004]為了實現本發明的目的，本發明通過以下方案實施:
一種機械穩定性高的秸桿基電極材料，由下列重量份的原料制成:改性秸桿復合材料100-120、蒙脫石粉2-3、聚環氧丙烷1-2、羧甲基纖維素1-2、硬脂酸1-2、硝酸鐵3-4、二氧化錳2-3、3，4-乙撐二氧噻吩1-2、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。
[0005]本發明所述一種機械穩定性高的秸桿基電極材料，由以下具體的步驟制成:將羧甲基纖維素、硬脂酸加到去離子水中，高速攪拌形成粘稠的液體，再加入稱量好的蒙脫石粉、聚環氧丙烷、硝酸鐵、二氧化錳、3，4-乙撐二氧噻吩充分攪拌0.5-1小時，再加入改性秸桿復合材料先高速攪拌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。
[0006]本發明的優點是:本發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，添加的離子型導電聚合物，增強了導電性，提高了材料的機械穩定性，本發明的電極材料具有良好的電化學性能，可快速充放電、壽命長、工作溫度范圍寬、綠色無污染。
[0007]具體實施方案
下面通過具體實例對本發明進行詳細說明。
[0008]一種機械穩定性高的秸桿基電極材料，由下列重量份(公斤)的原料制成:改性秸桿復合材料100、蒙脫石粉2、聚環氧丙烷2、羧甲基纖維素1、硬脂酸2、硝酸鐵3、二氧化錳
2、3，4-乙撐二氧噻吩1、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。
[0009]本發明所述一種機械穩定性高的秸桿基電極材料，由以下具體的步驟制成:將羧甲基纖維素、硬脂酸加到去離子水中，高速攪拌形成粘稠的液體，再加入稱量好的蒙脫石粉、聚環氧丙烷、硝酸鐵、二氧化錳、3，4-乙撐二氧噻吩充分攪拌0.5-1小時，再加入改性秸桿復合材料先高速攪拌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。
[0010]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)下進行循環測試，容量:1.69F，內阻:1.5 Ω.m，循環容量保持率(％):98.1。
【主權項】
1.一種機械穩定性高的秸桿基電極材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成:改性秸桿復合材料100-120、蒙脫石粉2-3、聚環氧丙烷1-2、羧甲基纖維素1-2、硬脂酸1-2、硝酸鐵3-4、二氧化錳2-3、3，4-乙撐二氧噻吩1-2、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.根據權利要求1所述一種機械穩定性高的秸桿基電極材料，其特征在于，由以下具體的步驟制成:將羧甲基纖維素、硬脂酸加到去離子水中，高速攪拌形成粘稠的液體，再加入稱量好的蒙脫石粉、聚環氧丙烷、硝酸鐵、二氧化錳、3，4-乙撐二氧噻吩充分攪拌0.5-1小時，再加入改性秸桿復合材料先高速攪拌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】本發明公開了一種機械穩定性高的秸稈基電極材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：改性秸稈復合材料100-120、蒙脫石粉2-3、聚環氧丙烷1-2、羧甲基纖維素1-2、硬脂酸1-2、硝酸鐵3-4、二氧化錳2-3、3,4-乙撐二氧噻吩1-2、去離子水適量；本發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，添加的離子型導電聚合物，增強了導電性，提高了材料的機械穩定性，本發明的電極材料具有良好的電化學性能，可快速充放電、壽命長、工作溫度范圍寬、綠色無污染。
【IPC分類】H01G11-48, H01G11-86, H01G11-34, H01G11-26
【公開號】CN104779077
【申請號】CN201510157585
【發明人】胡枝麗, 張和平, 褚詩泉
【申請人】安徽江威精密制造有限公司
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月3日