[发明专利]一种利用酵母发酵制备淀粉基生物质硬碳的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种利用酵母发酵制备淀粉基生物质硬碳的方法及其应用，该方法包括如下步骤：在淀粉和酵母粉中加入去离子水，制成面团或牛顿流体；将上述面团或牛顿流体放入30‑40℃的烘箱中保温2‑5 h，而后升温至240‑280℃，保温4‑8 h进行预氧化处理，收集前驱体粉末；将前驱体粉末球磨后煅烧得到生物质硬碳。本发明选用生物质淀粉作为碳源，利用生物发酵技术辅助制备硬碳材料，而后通过预氧化处理促进碳化，开发了一种低碳而绿色且可以宏量制造硬碳的方法，由于发酵过程中产生气体和水分，这在后续碳化过程中能有效调节硬碳内部微结构，促成更大的层间距、无序度和更多的封闭微孔，使得发酵后的硬碳具有更高的可逆容量和更优异的倍率性能。

技术领域

本发明属于钠金属电池负极材料的制备领域，具体涉及利用酵母菌发酵淀粉基材料合成硬碳的方法及其应用。

背景技术

随着各种碳排放政策的出台和落地，储能电池也逐渐进入到大众的视野里。钠离子电池（SIBs）由于具有与锂电池相似的储存机理，且钠总储量丰度数倍于锂资源并分布广泛、价格低廉，因此被认为是大规模储能最有前途的候选方案之一。硬碳负极材料是一类非常有应用前景的储钠负极材料，因为其本身有大量的缺陷、石墨微晶和孔隙，可以通过在缺陷和官能团上的吸附、插入涡轮畴的石墨烯层和孔隙填充来储存钠，所以其具有较高的可逆比容量（~300 mAh g^-1）；且可逆容量主要来自低电压平台区域，因此可以显著提升全电池整体的能量密度，也是目前唯一可能商业化的材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用酵母发酵制备淀粉基生物质硬碳的方法及其应用。该方法选用低廉且可再生的各类生物质淀粉作为碳源，利用酵母菌发酵辅助制备硬碳材料，开发了一种低碳而绿色且可以宏量制造硬碳的方法。

为实现上述技术方案，本发明采用如下技术方案：

一种利用酵母发酵制备淀粉基生物质硬碳的方法，包括以下步骤：

1）在淀粉和酵母粉中加入去离子水，揉搓，将其调制成面团或牛顿流体；

2）将上述面团或牛顿流体放入30-40 ℃的烘箱中保温2-5 h，而后升温至240-280℃，保温4-8 h进行预氧化处理，收集前驱体粉末；

3）将前驱体粉末放入球磨罐中，以转速400-1000 rad min^-1球磨12-48 h，然后将球磨后的物料放入管式炉中，在氮气氛围下煅烧得到生物质硬碳。

所述淀粉和酵母粉的重量比为70-120 : 1。

所述去离子水的温度为34-36℃，去离子水的用量为淀粉和酵母粉总重量的1/2-3/4。进一步地，先将酵母粉溶解于一部分水中，再在淀粉、酵母粉中加入剩余量的去离子水。

所述淀粉为玉米淀粉、马铃薯淀粉、大米淀粉、小麦类淀粉中的一种或多种混合。

所述煅烧是在900-1500 ℃煅烧1-8 h。

所述的淀粉基生物质硬碳在钠金属电池负极中的应用：将淀粉基生物质硬碳（MHCS）、CMC、碳黑按照质量比为80-85 : 5-10 : 10-15混合研磨后均匀地涂在铜箔上作为工作电极，金属钠作为对电极，电解质电解液为1.0M NaPF₆的DEGDME溶液。电池组装在氩气保护下手套箱里进行（氧气和水分含量均低于0.1ppm）。

本发明的有益效果在于：