[发明专利]一种利用生物质材料快速制备超级电容器用碳气凝胶的方法

摘要

本发明设计一种利用微波辅助快速制备可用于超级电容器的生物质碳气凝胶的方法。属于生物质材料与电化学技术领域。其工艺是将木质素、单宁和间苯二酚的混合物与甲醛以1∶2的摩尔比混合均匀，在功率为10‑200W的单模微波反应器中，辐射3‑60min，使之缩合凝胶化；然后在45℃下2％乙酸的溶液中恒温老化三天，丙酮溶剂置换3‑5次，得到生物质湿凝胶。进一步在40‑60℃下真空干燥1天，得到生物质气凝胶。在惰性气氛保护下，以3℃/min从30℃升温至800℃，并在800℃保持1h，自然冷却至室温，得到生物质碳气凝胶。本方法快速、节能、环保，所得碳气凝胶结构可控，具有良好的比电容性质，可用于超级电容器电极材料。

主权项

一种利用单模微波辐照的制备生物质碳气凝胶的方法，其特征是该方法的工艺步骤依次分为：(1)将含多酚基的生物质高分子材料与间苯二酚以任意比进行混合，然后将该混合物与市售甲醛以1∶2的摩尔比在水相中进行混合，剧烈搅拌，使各组成部分充分溶解均匀。(2)取1中所制溶液置于单模微波反应容器中，并配以回流冷凝装置，利用单模微波辐照使其凝胶化。再将凝胶置于2％的乙酸溶液中浸泡，保持45℃恒温三天使其老化，然后进行溶剂交换，采用丙酮作为交换剂，置换3‑5次，最终制备生物质湿凝胶。(3)将生物质基湿凝胶凝胶于40‑60℃下真空干燥1天，制备生物质气凝胶。(4)将干燥后的生物质气凝胶在惰性气氛(N2、Ar等)保护下高温碳化，以3℃/min从30℃升温至800℃，并在800℃保温1h，自然冷却至室温，制备生物质基碳气凝胶。(5)电化学性能测试：电化学性能测试通过电化学工作站进行，采用三电极系统，以6mol KOH溶液作为电解质溶液。将制得的生物质碳气凝胶与乙炔黑、聚四氟乙烯混合均匀后负载在泡沫镍上，于真空干燥箱中干燥12h后作为工作电极，以铂片为对电极，Ag/AgCl作为参比电极，采用恒电流充放电测试所制备生物质碳气凝胶的比电容量。