一种磷掺杂微生物改性生物质碳材料、制备方法及应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116002661A(43)申请公布日2023.04.25(21)申请号202310036834.7(22)申请日2023.01.09(71)申请人华中农业大学地址430000湖北省武汉市洪山区狮子山街1号(72)发明人曹菲菲陈林徐艳松蒋思捷(74)专利代理机构山东孔宣专利代理事务所(普通合伙)37405专利代理师刘子成(51)Int.Cl.C01B32/05(2017.01)H01M4/583(2010.01)权利要求书1页说明书9页附图4页(54)发明名称一种磷掺杂微生物改性生物质碳材料、制备方法及应用(57)摘要本发明属于可充电电池负极领域，具体涉及一种磷掺杂微生物改性生物质碳材料、制备方法及应用，本发明通过在生物质材料上培养微生物得到微生物改性生物质材料，通过进一步的磷源溶液浸渍、碳化处理得到磷掺杂微生物改性生物质碳材料。本发明的磷掺杂微生物改性生物质碳材料在储能器件中应用时，不仅可以提高首圈库伦效率，还有利于倍率性能和比容量的提升。本发明具有制备方法简单、条件易控、成本低廉、环境友好、可大量制备等优点，具有良好的发展潜力。CN116002661ACN116002661A权利要求书1/1页1.一种磷掺杂微生物改性生物质碳材料，其特征在于：该磷掺杂微生物改性生物质碳材料是以微生物降解改性后的生物质材料为基材，与磷源溶液充分浸渍掺杂磷元素得到。2.根据权利要求1所述的一种磷掺杂微生物改性生物质碳材料，其特征在于：所述生物质材料为木质生物质材料或草本生物质材料。3.根据权利要求1所述的一种磷掺杂微生物改性生物质碳材料，其特征在于：所述微生物为细菌、真菌中产纤维素酶和/或木质素酶和/或半纤维素酶中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种磷掺杂微生物改性生物质碳材料，其特征在于：所述磷源溶液为植酸、磷酸、植酸钠、磷酸二氢钠中的至少一种。5.一种权利要求1所述的磷掺杂微生物改性生物质碳材料的制备方法，其特征在于，按照以下步骤进行：(1)将用于提供微生物的菌液、生物质材料放入液体培养基中震荡培养，得到微生物降解过后的生物质材料；(2)将微生物降解过后的生物质材料取出，烘干，在空气中进行预氧化，将其与磷源溶液充分浸渍后取出烘干；(3)在惰性气氛下依次进行碳化、盐酸溶液处理，洗去金属杂质，然后用超纯水洗至中性后烘干，得到所述磷掺杂微生物改性生物质碳材料。6.根据权利要求5所述的一种磷掺杂微生物改性生物质碳材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述液体培养基为LB液体培养基；所述液体培养基的pH为4‑8；所述菌液与液体培养基的投料比为(0.5‑5)mL:(10‑200)mL；所述培养时间为10‑240h，培养温度为20‑50℃。7.根据权利要求5所述的一种磷掺杂微生物改性生物质碳材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述预氧化温度为100‑400℃，预氧化时间为0.5‑6h；所述磷源溶液浓度为2‑50％，浸渍时间为1‑48h，浸渍温度为0‑200℃；所述烘干温度为40‑80℃。8.根据权利要求5所述的一种磷掺杂微生物改性生物质碳材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述碳化温度为300‑1500℃，碳化时间为0.5‑72h，升温速率1‑10℃/min；所述盐酸溶液的浓度为5‑30％；所述烘干温度为30‑80℃，烘干时间为6‑36h。9.一种权利要求1所述的磷掺杂微生物改性生物质碳材料的应用，其特征在于：应用于储能器件的负极或负极集流体。10.根据权利要求9所述的一种杂微生物改性生物质碳材料的应用，其特征在于：所述储能器件为碱金属储能器件，所述碱金属储能器件为钠离子电池、金属钠电池、钾离子电池中的任一种。2CN116002661A说明书1/9页一种磷掺杂微生物改性生物质碳材料、制备方法及应用技术领域[0001]本发明属于可充电电池负极领域，具体涉及一种磷掺杂微生物改性生物质碳材料、制备方法及应用。背景技术[0002]随着电子器件的大规模使用，商业化的锂离子电池的成本不断攀升。锂资源分布不均，而我国锂资源稀缺，需大量依靠进口，有卡脖子的风险。经济成本和资源分布不均的现实情况加速了新型可充电的锂电池替代品的开发。[0003]相较于锂来说，钠和钾储量丰富，资源分布广泛，价格方面具有明显的优势，这为构建以钠离子和钾离子为载体的可充电储能器件提供了可能性。钠、钾与铝不发生合金化反应，可使用铝箔替代铜箔进一步降低器件成本。除此之外，钠离子溶剂化能比锂离子低，有更好的界面去溶剂化能力。钾离子具有较小的Stoke半径，使K+在电解液中以及电极/电解液界面具有较高的离子迁移率和离子电导率，具有较好的动力学性能。钠、钾离子的优势使钠基和钾基电池成为锂电池的可能替代品，并引起了广泛关注。