一種茄子基複合柔性電極材料的製備方法與流程
2023-10-22 10:43:28 1
本發明涉及一種茄子基複合柔性電極材料的製備方法，屬於能源新材料領域。
背景技術：
超級電容器又叫雙電層電容器(Electrical Double-Layer Capacitor)是一種新型儲能裝置，它具有充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節約能源和綠色環保等特點。按原理分為雙電層型超級電容器和贗電容型超級電容器，這也是目前市場上主要應用的兩種超級電容器。雙電層電容器分為活性碳電極材料、碳纖維電極材料、碳氣凝膠電極材料和碳納米管電極材料；贗電容型超級電容器分為金屬氧化物電極材料與聚合物電極材料。金屬氧化物包括NiOx、MnO2、V2O5等作為正極材料，活性炭作為負極材料製備的超級電容器，導電聚合物材料包括聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTH)、聚苯胺(PANi)等經P型或N型或P/N型摻雜製取電極，以此製備超級電容器。這一類型超級電容器具有非常高的能量密度。超級電容器與二次電池的組合可以作為電動汽車的電源啟動裝置，具有非常喜人的應用前景。
在超級電容器的各種電極材料中，價格低廉、含量豐富的生物質材料是最易獲取的。中國專利申請公布號CN105836746A,名稱為「一種超級電容器用海綿狀多孔碳材料的製備方法」，提出了將稻殼在氮氣氣氛保護狀態下進行高溫活化處理得到多孔碳材料製備電極材料，這種方法能耗低、步驟簡單和易於操作，但是此方法將稻殼作為碳源，其製備多孔碳材料電容器比容量較小，循環穩定性一般。中國專利申請公布號CN105948042A,名稱為「一種超級電容器用活性炭的製備方法」，提出了將粉碎的生物質材料加熱活化，解決了碳材料孔隙分布不均的問題，使碳材料結構一致性提高，但是這種方法多次利用高溫處理，能耗較大，得到的電極材料比容量和穩定性較差。
現在各種電極材料中直接將生物質材料作為碳源利用高溫活化得到的電容器比表面積較大，步驟簡單，但是其比容量和循環穩定性不好等缺點。
技術實現要素：
針對上述存在問題，本發明的目的是直接採用茄子片作為複合電極基材利用原位氧化的方式提出了一種茄子基複合柔性電極的製備方法，所述方法簡單、能耗低，得到的電極材料在水相電解液條件下比容量超大，循環穩定性良好。可用於製備超級電容器。
為了實現上述目的，本發明的技術解決方案為:
A按質量濃度為
甲胺 3％
氫氧化鉀 30％
三乙烯二胺 0.1％
配製在100ml去離子水裡，得到鹼胺溶液。
B將茄子切成大小相同的片狀，將其用100ml體積比為1：1的乙醇和去離子水混合液清洗乾淨，然後將將茄子片按質量比為1:2～1:5的比例浸沒在鹼胺溶液中，在40～60℃下反應20～60min，水洗、乾燥，，然後將其在50℃熱壓1～2min。
C將熱壓後得到的茄子片放入0.1～1mol/l HF酸溶液裡，在溫度為20～50℃條件下水浴下攪拌1～2h，以去除茄子裡面的雜質；過濾清洗後得到去除雜質的茄子片，接著將其放入冰箱中冷凍。將冷凍的茄子片放入冷凍乾燥機中凍幹24h；
D將凍幹後的茄子片放入混有表面活性劑的吡咯或苯胺的水溶液中，在冰水浴的條件下攪拌，緩慢滴加FeCl3或過硫酸銨溶液，反應時間為0.5～2.5h。
所述的表面活性劑為陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨或陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉。
E將經過步驟D處理的茄子基複合電極材料放入濃度為0.1～1mol/l的鹽酸溶液中，在室溫下攪拌0.5h，水洗，乾燥，而後放入pH值為2～4的硫酸溶液中，在室溫下攪拌1h，水洗，乾燥；然後將其放入無水乙醇和丙醇的混合液中清洗三遍，最後將其用去離子水清洗直至沒有雜質，然後將其放入冰箱，冷凍乾燥24h。
附圖說明
圖1為純茄子和反應1.5h後茄子基複合柔性電極的電鏡照片。
圖2為反應1.5h後茄子基複合柔性電極在不同掃數下的循環伏安圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。
一種茄子基複合柔性電極材料的製備方法，所述的製備方法按以下步驟進行：
A按質量濃度為
甲胺 3％
氫氧化鉀 30％
三乙烯二胺 0.1％
配製在100ml去離子水裡，得到鹼胺溶液。
B將茄子切成面積相同、厚度為0.5～2cm的片狀，將茄子片用100ml體積比為1:1乙醇和去離子水的混合液清洗乾淨，然後將將茄子片按質量比為1:2～1:5的比例浸沒在步驟A配製的鹼胺溶液中，在40～60℃下反應20～60min，水洗、乾燥，然後將其在50℃熱壓1～2min。
C將步驟B熱壓後得到的茄子片放入100ml 0.1～1mol/l HF酸溶液裡，在溫度為20～50℃條件下水浴下攪拌1～2h，以去除茄子裡面的雜質；過濾清洗後得到去除雜質的茄子片，接著將其放入冰箱中冷凍。將冷凍的茄子片放入冷凍乾燥機中凍幹24h。
D將凍幹後的茄子片放入100ml混有表面活性劑的吡咯或苯胺的水溶液中，在冰水浴的條件下攪拌，緩慢滴加100ml FeCl3或過硫酸銨溶液，反應時間為0.5～2.5h。
E將經過步驟D處理的茄子基複合電極材料放入50ml 0.1～1.mol/l的鹽酸溶液中，在室溫下攪拌0.5h，水洗，乾燥，而後放入100ml pH值為2～4的硫酸溶液中，在室溫下攪拌1h，水洗，乾燥；然後將其放入100ml體積比為1：1的無水乙醇和丙醇的混合液中清洗三遍，最後將其用去離子水清洗直至沒有雜質，然後將其放入冰箱，冷凍乾燥24h。
所述的表面活性劑為陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨或陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉。
具體實施例
實施例1
A按質量濃度為
甲胺 3％
氫氧化鉀 30％
三乙烯二胺 0.1％
配製在100ml去離子水裡，得到鹼胺溶液。
B將茄子切成大小相同的片狀，將其用100ml體積比為1：1的乙醇和去離子水混合液清洗乾淨，然後將將茄子片按質量比為1:2的比例浸沒在鹼胺溶液中，在40℃下反應20min，水洗、乾燥，，然後將其在50℃熱壓2min。
C將熱壓後得到的茄子片放入1mol/l HF酸溶液裡，在溫度為50℃條件下水浴下攪拌2h，以去除茄子裡面的雜質；過濾清洗後得到去除雜質的茄子片，接著將其放入冰箱中冷凍。將冷凍的茄子片放入冷凍乾燥機中凍幹24h。
D將凍幹後的茄子片放入100ml混有陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨的吡咯水溶液中，在冰水浴的條件下攪拌，緩慢滴加100ml FeCl3溶液；當FeCl3溶液滴加完畢開始計時，0.5h後取出茄子基複合電極材料。
E將經過步驟D處理的茄子基複合電極材料放入濃度為1mol/l的鹽酸溶液中，在室溫下攪拌0.5h，水洗，乾燥，而後放入pH值為2的硫酸溶液中，在室溫下攪拌1h，水洗，乾燥；然後將其放入無水乙醇和丙醇的混合液中清洗三遍，最後將其用去離子水清洗直至沒有雜質，然後將其放入冰箱，冷凍乾燥24h。
實施例2
A按質量濃度為
甲胺 3％
氫氧化鉀 30％
三乙烯二胺 0.1％
配製在100ml去離子水裡，得到鹼胺溶液。
B將茄子切成大小相同的片狀，將其用100ml體積比為1：1的乙醇和去離子水混合液清洗乾淨，然後將將茄子片按質量比為1:5的比例浸沒在鹼胺溶液中，在60℃下反應60min，水洗、乾燥，，然後將其在50℃熱壓1min；
C將熱壓後得到的茄子片放入0.1mol/l HF酸溶液裡，在溫度為20℃條件下水浴下攪拌1h，以去除茄子裡面的雜質；過濾清洗後得到去除雜質的茄子片，接著將其放入冰箱中冷凍。將冷凍的茄子片放入冷凍乾燥機中凍幹24h；
D將凍幹後的茄子片放入100ml混有陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉的苯胺水溶液中，在冰水浴的條件下攪拌，緩慢滴加過硫酸銨溶液；當過硫酸銨溶液滴加完畢開始計時，1h後取出茄子基複合電極材料；
E將經過步驟D處理的茄子基複合電極材料放入濃度為0.1mol/l的鹽酸溶液中，在室溫下攪拌0.5h，水洗，乾燥，而後放入pH值為4的硫酸溶液中，在室溫下攪拌1h，水洗，乾燥；然後將其放入無水乙醇和丙醇的混合液中清洗三遍，最後將其用去離子水清洗直至沒有雜質，然後將其放入冰箱，冷凍乾燥24h。
實施例3
A按質量濃度為
甲胺 3％
氫氧化鉀 30％
三乙烯二胺 0.1％
配製在100ml去離子水裡，得到鹼胺溶液。
B將茄子切成大小相同的片狀，將其用100ml體積比為1：1的乙醇和去離子水混合液清洗乾淨，然後將將茄子片按質量比為1:2的比例浸沒在鹼胺溶液中，在40℃下反應20min，水洗、乾燥，，然後將其在50℃熱壓2min；
C將熱壓後得到的茄子片放入1mol/l HF酸溶液裡，在溫度為50℃條件下水浴下攪拌2h，以去除茄子裡面的雜質；過濾清洗後得到去除雜質的茄子片，接著將其放入冰箱中冷凍。將冷凍的茄子片放入冷凍乾燥機中凍幹24h；
D將凍幹後的茄子片放入100ml混有陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨的吡咯水溶液中，在冰水浴的條件下攪拌，緩慢滴加100ml FeCl3溶液；當FeCl3溶液滴加完畢開始計時，1.5h後取出茄子基複合電極材料；
E將經過步驟D處理的茄子基複合電極材料放入濃度為1mol/l的鹽酸溶液中，在室溫下攪拌0.5h，水洗，乾燥，而後放入pH值為2的硫酸溶液中，在室溫下攪拌1h，水洗，乾燥；然後將其放入無水乙醇和丙醇的混合液中清洗三遍，最後將其用去離子水清洗直至沒有雜質，然後將其放入冰箱，冷凍乾燥24h。
實施例4
A按質量濃度為
甲胺 3％
氫氧化鉀 30％
三乙烯二胺 0.1％
配製在100ml去離子水裡，得到鹼胺溶液。
B將茄子切成大小相同的片狀，將其用100ml體積比為1：1的乙醇和去離子水混合液清洗乾淨，然後將將茄子片按質量比為1:5的比例浸沒在鹼胺溶液中，在60℃下反應60min，水洗、乾燥，，然後將其在50℃熱壓1min；
C將熱壓後得到的茄子片放入0.1mol/l HF酸溶液裡，在溫度為20℃條件下水浴下攪拌1h，以去除茄子裡面的雜質；過濾清洗後得到去除雜質的茄子片，接著將其放入冰箱中冷凍。將冷凍的茄子片放入冷凍乾燥機中凍幹24h；
D將凍幹後的茄子片放入100ml混有陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉的苯胺水溶液中，在冰水浴的條件下攪拌，緩慢滴加過硫酸銨溶液；當過硫酸銨溶液滴加完畢開始計時，2h後取出茄子基複合電極材料；
E將經過步驟D處理的茄子基複合電極材料放入濃度為0.1mol/l的鹽酸溶液中，在室溫下攪拌0.5h，水洗，乾燥，而後放入pH值為4的硫酸溶液中，在室溫下攪拌1h，水洗，乾燥；然後將其放入無水乙醇和丙醇的混合液中清洗三遍，最後將其用去離子水清洗直至沒有雜質，然後將其放入冰箱，冷凍乾燥24h。
實施例5
A按質量濃度為
甲胺 3％
氫氧化鉀 30％
三乙烯二胺 0.1％
配製在100ml去離子水裡，得到鹼胺溶液。
B將茄子切成大小相同的片狀，將其用100ml體積比為1：1的乙醇和去離子水混合液清洗乾淨，然後將將茄子片按質量比為1:2的比例浸沒在鹼胺溶液中，在40℃下反應20min，水洗、乾燥，，然後將其在50℃熱壓2min；
C將熱壓後得到的茄子片放入1mol/l HF酸溶液裡，在溫度為50℃條件下水浴下攪拌2h，以去除茄子裡面的雜質；過濾清洗後得到去除雜質的茄子片，接著將其放入冰箱中冷凍。將冷凍的茄子片放入冷凍乾燥機中凍幹24h；
D將凍幹後的茄子片放入100ml混有陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨的吡咯水溶液中，在冰水浴的條件下攪拌，緩慢滴加100ml FeCl3溶液；當FeCl3溶液滴加完畢開始計時，2.5h後取出茄子基複合電極材料；
E將經過步驟D處理的茄子基複合電極材料放入濃度為1mol/l的鹽酸溶液中，在室溫下攪拌0.5h，水洗，乾燥，而後放入pH值為2的硫酸溶液中，在室溫下攪拌1h，水洗，乾燥；然後將其放入無水乙醇和丙醇的混合液中清洗三遍，最後將其用去離子水清洗直至沒有雜質，然後將其放入冰箱，冷凍乾燥24h。