[发明专利]一种多孔生物质炭/Co(OH)2

说明书

本发明公开一种多孔生物质炭/Co(OH)₂复合电极材料及其制备方法。所述多孔生物质炭/Co(OH)₂复合电极材料以食物残渣土豆皮为原料，加入活化剂氢氧化钾、尿素充分混合，经脱水、炭化制备多孔生物质炭材料，再用硝酸钴作为钴源和氢氧化钾提供碱性条件在此多孔生物质炭材料进行表面生长，得到多孔生物质炭/Co(OH)₂复合电极材料。该多孔结构材料比表面积大，有利于电解液的润湿和载流子在电极材料中的传输和迁移，以此提高炭材料的电化学性能。将该电极材料作为工作电极展示出较高的比电容、优异的倍率特性及良好的循环稳定性，且制备过程绿色环保、操作简单，该方法同时可以用来合成其他生物质材料衍生的多孔炭电极材料。

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，特别是涉及一种多孔生物质炭/Co(OH)₂复合电极材料及其制备方法。

背景技术

随着新型经济的快速发展对能源的需求与日益加剧的环境污染问题之间的矛盾，急切需求一种新型能量储存装置。超级电容器被称为电化学双层电容器，拥有功率密度高、充放电速度快以及出色的循环稳定性等特点。此外，超级电容器具有高功率性能和低维护成本等优点而被提出作为未来的替代能量存储设备。超级电容器不仅充电速度更快，而且更可靠，因为它们不易受温度变化的影响。因而，超级电容器在科学研究价值和广泛的商业应用领域上引起了科学界的重大关注。

生物质炭材料具有原材料易获取，制作成本低廉，属于清洁能源，对自然环境无污染等优势。生物质主要由木质素，半纤维素和纤维素组成，二木质素和半纤维素分布的无序性造成了生物质炭材料的形貌和孔隙分布的无规律性，使得生物质炭材料的循环性能和倍率性能受到极大的影响，为了适应更加苛刻的储能材料安全性能条件，许多科研工作者将研究的目标转向以绿色生物质炭材料为主的水系超级电容器的设计和制备。比如：“一种超级电容器用海藻基活性炭前驱体的制备方法”(CN108101051A)专利中是利用海藻干料为原料，经过破壁、除杂等一系列操作后得到前驱体，所得前驱体通过炭化活化后得到比表面积巨大的活性炭材料；“富N活性炭电极的制备方法”(CN102360959A)专利中是利用富含脲醛树脂的废弃刨花板作为原料，在惰性气氛下与氢氧化钾共混后炭化，然后用磷酸进行活化，制得富含氮元素的活性炭。上述方法的缺点是：1、富含脲醛树脂的原材料来源不广且产量小，价格也相对较贵；2、步骤繁琐，不利于工业化生产； 3、由于生物质本身的特殊结构，目前已知的生物质大多存在孔结构不规律，比表面积较小，掺杂原子含量少，比容量低等问题。

因此，采用简单常见且易收集的废弃物原料和简单的合成操作制备具有优异电化学性能的超级电容器电极材料对于电化学储能领域的应用具有重大的意义。

发明内容

本发明的目的是提供及一种多孔生物质炭/Co(OH)₂复合电极材料及其制备方法，以解决上述现有技术中电极材料比电容低、可逆性差和导电性差、不环保以及以绿色生物质炭材料为原料的电极材料来源不广、价格贵不利于工业化生产的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种多孔生物质炭/Co(OH)₂复合电极材料，所述多孔生物质炭/Co(OH)₂复合电极材料以土豆皮粉为原料，经氢氧化钾和尿素活化后进行炭化处理，得到多孔生物质炭；再以硝酸钴为钴源，在碱性条件下，在多孔生物质炭表面进行原位生长而成。

进一步地，所述土豆皮粉、氢氧化钾和尿素质量比为1:1.5:1。

进一步地，所述土豆皮粉由土豆皮经水洗、干燥、粉碎以及过筛处理制得。

进一步地，所述炭化处理是指在800℃下热处理2h。

进一步地，所述多孔生物质炭与硝酸钴质量比为1:(1-10)。

本发明还提供一种多孔生物质炭/Co(OH)₂复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：