[发明专利]一种菌丝基生物质硬炭负极材料的制备方法

说明书

本发明属于负极材料技术领域，公开了一种菌丝基生物质硬炭负极材料的制备方法，包括S1、配置液体培养基；S2、接种、培养菌丝；S3、破碎、脱水得前驱体；S4、低温预烧；S5、酸洗；S6、碳化、粉碎、筛分；本发明提出由真菌衍生的具有丰富活性位点与缺陷的硬炭负极材料，真菌具有高容量、易获取、可快速繁殖等独特优势，可大大减少负极材料的生产成本，而且得到的硬炭负极材料，粒度均匀，富含含氧官能团，储钠性能优异，突破了现有的负极材料技术难题，实现较高的比容量和首次库伦效率。

技术领域

本发明涉及负极材料技术领域，具体为一种菌丝基生物质硬炭负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种电化学储能装置，与传统的化学电源如碱性锌锰电池和铅酸电池等相比，锂离子电池具有电压高、比能量高、自放电率低、循环性能好等优点；其产业链和技术最为成熟，成本下降空间大，但随着锂离子电池的深入应用，锂资源有限、分布不均的问题逐渐凸显。而钠离子电池与锂离子电池在反应机理和电池结构具有高度相似性，资源与成本要素、优异的倍率特性及高度可回收性使钠离子电池更适用于下一代规模化储能体系的建设。与传统储能体系相比，钠资源丰富、分布广泛，钠离子电池还具有成本低廉、原料易得、环境友好、可以兼容现有锂离子电池生产设备、功率特性好、宽温度范围适应性和安全性好等优点。对于场地和环境限制较小的大规模固定式储能设备，钠离子电池是较为理想的选择之一。

随着社会的发展与需求，钠离子电池硬炭负极材料得到越来越多的关注和应用。真菌是一类具有细胞核和细胞壁的异养微生物，其具有快速繁殖、可规模化生产、形貌多样性等优势，在能源领域具有巨大的应用潜力。尤其是真菌细胞壁的主要成分为几丁质，其末端含有大量的羟基(-OH)等含氧官能团，使得真菌衍生的碳材料不需要额外处理就可实现原位异质原子掺杂效应，这种掺杂可以有效增加硬炭材料的活性位点与缺陷，进而增加化学吸附能力和电子传输能力。但是，目前以真菌衍生的具有丰富活性位点与缺陷的硬炭负极材料，还未见相关报道。

发明内容

本发明意在提供一种菌丝基生物质硬炭负极材料的制备方法，提出了由真菌衍生的具有丰富活性位点与缺陷的硬炭负极材料，可突破现有的负极材料技术难题，实现较高的比容量和首次库伦效率。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种菌丝基生物质硬炭负极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、配置液体培养基：

选择新鲜土豆，将其洗净、削皮，切片后放入锅中加入蒸馏水煮至沸腾，然后趁热对其进行过滤得到土豆汁滤液，接着趁热向滤液中加入葡萄糖、KH₂PO₄和MgSO₄，充分溶解混合后，分装至锥形瓶中灭菌；

S2、接种、培养菌丝：

接种前，先将经过灭菌处理的液体培养基、接种环和酒精灯等实验仪器放入超净工作台内，利用紫外灯再次进行消毒杀菌，然后关闭紫外灯进行接种；用酒精擦拭双手和培养基，在酒精灯下灼烧接种环，利用接种环挑取菌种接种到液体培养基中，将接种后的锥形瓶放入回旋振荡摇床中，以恒定的转速和温度下培养，每隔半天观察一次菌丝生长成球的情况，防止长出黑色的孢子，最终得到大小均匀的菌丝小球；

S3、破碎、脱水得前驱体：

将步骤S2得到的菌丝小球水洗、煮沸灭活，随后冷却至室温，然后搅碎、过滤、清洗，在-50℃以下冷冻干燥24～48小时得到蓬松状态的硬炭前驱体；

S4、低温预烧：

将步骤S3得到的前驱体加热至室温后，在100～300℃下预烧8～24小时，得到预烧产物；

S5、酸洗：

将步骤S4得到的预烧产物用酸溶液在20～80℃洗涤1～4小时，随后抽滤并用去离子水冲洗至溶液呈中性，然后干燥得到大小均匀的黑色粉末；