[发明专利]用于超级电容器的芹菜衍生活性碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了用于超级电容器的芹菜衍生活性碳材料及其制备方法和应用，活性碳材料由芹菜衍生制得，比表面积为1096.391‑1612.639m²/g，孔径为2.808‑3.695nm，孔体积为0.836‑1.467cm³/g；将该活性碳材料用作电化学电容器电极材料，在碱性水溶液中比容量分布在459.67‑1002.80F/g之间，表现出优异的电化学储能性能，是良好的电极材料，可进一步开发制备成超级电容器，在电化学储能领域拥有潜在、广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及用于超级电容器的芹菜衍生活性碳材料及其该材料的制备方法和应用。

背景技术

日前，由于人类不合理的开发利用，造成了严重的环境污染、资源匮乏等问题。发展高性能、绿色环保、可持续的能量储备装置成为了解决此类问题的重要途径。

超级电容器是介于传统电容器和二次电池之间的新型储能装置，由于其稳定、充放电快、有高功率密度等特点，受到了极大的关注。对超级电容器的研究主要集中于极化电极材料、新型电解液和隔膜三个方面。电极材料是决定电化学电容器性能的主要因素，因此相关的工作一直是该领域学术界和工业界的研究热点。碳质材料因其高的比表面积、制备工艺简单、微结构易调节、形式多样以及具有良好的导电性及电化学稳定性广泛用于超级电容器电极材料。以生物质为前驱体的碳材料作为电极具有高稳定性、大比表面积、可持续、绿色环保、来源广、成本低的特点，是制备多孔碳材料的首选碳源，研究和开发具有高比表面积及发达孔隙结构的多孔碳材料成为超级电容器电极材料的研究热点。

在众多生物质材料中，芹菜由于种植广泛，茎部纤维素丰富，整体中空，形成了许多天然空隙，是优质的碳材料前驱体。但是采用芹菜生物质为前体制备碳材料电极，并应用于超级电容器的研究鲜有报道。

发明内容

鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种用于超级电容器的芹菜衍生活性碳材料；本发明的目的之二在于提供用于超级电容器的芹菜衍生活性碳材料的制备方法；本发明的目的之三在于提供活性碳材料的应用；本发明的目的之四在于提供含有所述活性碳材料的电极。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

用于超级电容器的芹菜衍生活性碳材料，所述活性碳材料由芹菜衍生制得，比表面积为1096.391-1612.639m²/g，孔径为2.808-3.695nm，孔体积为0.836-1.467cm³/g。

本发明优选的，所述活性碳材料由芹菜杆碳化得到活性粗碳材料前驱体，再用酸去除杂质得到活性粗碳材料，接着用碱活化，最后调至pH值至中性，得到用于超级电容器的活性碳材料。

本发明优选的，所述碳化是将芹菜杆在惰性气体保护下，在梯度升温至200℃下保温1h，然后继续梯度升温至400℃下保温1h，再升温至800℃下保温3h，最后冷却。

本发明优选的，所述酸洗是将得到的活性粗碳材料前驱体用酸溶液浸泡，然后用水抽滤洗涤，80℃干燥。

本发明优选的，所述酸浸泡是将用质量分数为10-25％的盐酸、硫酸、磷酸或醋酸浸泡。

本发明优选的，所述碱活化是将活性粗碳材料与碱混合，充分研磨，然后在惰性气体保护下，梯度升温至200℃下保温1h，然后继续梯度升温至400℃下保温1h，再梯度升温至800℃下保温3h，最后冷却至室温，制得活性碳材料前驱体。

本发明优选的，所述活性粗碳材料与碱的质量比为1～2：1～2；所述碱为KOH或NaOH。

本发明最优的，所述活性碳材料比表面积为1612.639m²/g，孔径为3.296nm，孔体积为1.034cm³/g。