一种三七药渣基多孔炭及其制备方法和应用

本发明涉及电化学材料，具体涉及一种三七药渣基多孔炭及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着能源紧缩问题的凸显和环境污染问题的加剧，人们越来越关注风能、水能和太阳能等可再生绿色能源。然而，这些可再生绿色能源普遍存在间歇性、区域性和高成本等问题，实际应用受到了很大的限制。因此，开发高效的储能设备至关重要。

2、超级电容器是一种高效储能装置，具有功率密度高、使用寿命长等优点，具有十分广阔的应用前景。研究表明，电极材料的性能是影响超级电容器的功率密度和能量密度的关键因素之一。多孔炭材料具有比表面积大、电导率高、化学耐受性好、孔隙构造可调节等优点，在超级电容器和锂离子电池中都有广泛应用。目前，多孔炭材料的制备成本仍然偏高，制备工艺依旧比较复杂，且在制备过程中通常需要采用氢氧化钠、氢氧化钾、磷酸、氯化锌等活化剂进行活化来提高多孔炭材料的比表面积和孔隙度，而这些活化剂普遍具有高腐蚀性或/和毒性，会引起比较严重的环境污染问题。

3、因此，开发一种简易高效、安全环保的多孔炭材料制备方法，并制备出结构和性质稳定、比表面积大、用作电极材料容量高且循环稳定性优异的多孔炭材料具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种三七药渣基多孔炭及其制备方法和应用。

2、本发明所采取的技术方案是：

3、一种三七药渣基多孔炭的制备方法包括以下步骤：

4、1)预炭化：将三七药渣置于保护气氛中进行预炭化，得到预炭化产物；

5、2)活化：将预炭化产物和活化剂混合，活化剂为na2co3、k2co3、nacl、kcl、na2so4、k2so4中的至少两种，再置于保护气氛中进行活化，得到活化产物；

6、3)酸洗和水洗：将活化产物进行酸洗和水洗，再进行干燥，即得到三七药渣基多孔炭。

7、优选地，步骤1)所述保护气氛为氮气气氛或氩气气氛。

8、优选地，步骤1)所述预炭化在温度为200℃～1000℃的条件下进行，预炭化的时间为1h～3h。

9、进一步优选地，步骤1)所述预炭化在温度为400℃～600℃的条件下进行，预炭化的时间为1h～2h。

10、优选地，步骤2)所述预炭化产物、活化剂的重量比为1:1～20。

11、进一步优选地，步骤2)所述预炭化产物、活化剂的重量比为1:5～10。

12、优选地，步骤2)所述混合的方式为研磨，研磨的时间为5min～60min。

13、优选地，步骤2)所述保护气氛为氮气气氛或氩气气氛。

14、优选地，步骤2)所述活化在温度为300℃～2000℃的条件下进行，活化的时间为1h～3h。

15、进一步优选地，步骤2)所述活化在温度为700℃～900℃的条件下进行，活化的时间为1h～3h。

16、优选地，步骤3)所述酸洗采用的洗液为盐酸。

17、优选地，所述盐酸的浓度为0.1mol/l～2mol/l。

18、一种三七药渣基多孔炭，其由上述制备方法制成。

19、一种电极，其包含上述三七药渣基多孔炭。

20、优选地，所述电极的组成包括载体以及负载的三七药渣基多孔炭、导电物质和粘结剂。

21、优选地，所述载体为镍网、钛网、不锈钢网、钛箔、铜箔中的一种。

22、优选地，所述导电物质为导电炭黑、乙炔黑、多孔炭、石墨烯中的至少一种。

23、优选地，所述粘结剂为聚四氟乙烯(ptfe)。

24、一种如上所述的电极的制备方法包括以下步骤：

25、a)将三七药渣基多孔炭、导电物质和粘结剂溶液混匀，再加入脱乳剂进行脱乳，得到涂覆料；

26、b)将涂覆料涂敷在载体上，再进行烘干和压实，即得电极。

27、优选地，步骤a)所述三七药渣基多孔炭、导电物质的重量比为7～9:1。

28、优选地，步骤a)所述粘结剂溶液的质量分数为5％～20％。

29、优选地，步骤a)所述脱乳剂为无水乙醇、乙醚中的至少一种。

30、优选地，步骤a)所述三七药渣基多孔炭、脱乳剂的重量比为1:40～60。

31、优选地，步骤b)所述烘干在温度为60℃～150℃的条件下进行，烘烤的时间为2h～12h。

32、优选地，步骤b)所述压实在压力为5mpa～30mpa的条件下进行。

33、一种超级电容器，其包含上述电极。

34、一种锂离子电池，其包含上述电极。

35、本发明的有益效果是：本发明的三七药渣基多孔炭具有结构和性质稳定、比表面积大、用作电极材料容量高且循环稳定性优异、生产成本低等优点，可以用作超级电容器和锂离子电池的电极材料，且其制备方法简易高效、安全环保，适合进行大规模工业化生产和应用。

36、具体来说：

37、1)本发明的三七药渣基多孔炭是由三七药渣作为前驱体制成，原料廉价易得，不仅降低了多孔炭的生产成本，而且还实现了中药渣的资源化利用；

38、2)本发明的三七药渣基多孔炭是利用低温熔融盐作为活化剂进行活化制成，有效取缔了高腐蚀性和毒性的传统活化剂，使得多孔炭的制备工艺更加绿色环保，且还降低了能耗；

39、3)本发明的三七药渣基多孔炭的结构和性质稳定，用作电极材料制成的超级电容器具有高的电容量和良好的倍率性能。

技术特征：

1.一种三七药渣基多孔炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述预炭化在温度为200℃～1000℃的条件下进行，预炭化的时间为1h～3h。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2)所述预炭化产物、活化剂的重量比为1:1～20。

4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于：步骤2)所述混合的方式为研磨，研磨的时间为5min～60min。

5.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于：步骤2)所述活化在温度为300℃～2000℃的条件下进行，活化的时间为1h～3h。

6.根据权利要求1～3中任意一项所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述保护气氛为氮气气氛或氩气气氛；步骤2)所述保护气氛为氮气气氛或氩气气氛。

7.一种三七药渣基多孔炭，其特征在于，由权利要求1～6中任意一项所述的制备方法制成。

8.一种电极，其特征在于，包含权利要求7所述的三七药渣基多孔炭。

9.一种超级电容器，其特征在于，包含权利要求8所述的电极。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包含权利要求8所述的电极。

技术总结本发明公开了一种三七药渣基多孔炭及其制备方法和应用。本发明的三七药渣基多孔炭的制备方法包括以下步骤：1)预炭化：将三七药渣置于保护气氛中进行预炭化，得到预炭化产物；2)活化：将预炭化产物和活化剂混合，再置于保护气氛中进行活化，得到活化产物；3)酸洗和水洗：将活化产物进行酸洗和水洗，再进行干燥，即得到三七药渣基多孔炭。本发明的三七药渣基多孔炭具有结构和性质稳定、比表面积大、用作电极材料容量高且循环稳定性优异、生产成本低等优点，可以用作超级电容器和锂离子电池的电极材料，且其制备方法简易高效、安全环保，适合进行大规模工业化生产和应用。技术研发人员：赖泽伦,余鑫健,王卫星受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18