[发明专利]红毛丹果皮衍生多孔碳复合超级电容器的制备方法

权利要求书

1.一种红毛丹果皮衍生多孔碳复合超级电容器的制备方法，其特征在于，先通过高温预碳化红毛丹果皮，得到红毛丹果皮预碳化物，然后分别对预碳化物进行掺氮和MnO₂负载，得到氮掺杂的多孔碳材料和负载MnO₂的多孔碳复合材料；以氮掺杂的多孔碳材料和负载MnO₂的多孔碳复合材料作为两个电极，PVA-Na₂SO₄作为固态电解质，组装得到固态非对称超级电容器，即为所述的红毛丹果皮衍生多孔碳复合超级电容器。

2.根据权利要求1所述的红毛丹果皮衍生多孔碳复合超级电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将红毛丹果皮洗净烘干、打碎成粉末，在惰性氛围中高温预碳化，形成红毛丹果皮预碳化物；

(2)将红毛丹果皮预碳化物、活化剂和掺氮材料混合，加入去离子水搅拌溶解，烘干，高温碳化活化，得到氮掺杂的多孔碳材料；

(3)将红毛丹果皮预碳化物和活化剂充分混合，高温活化，洗涤干燥得到活化多孔碳，再将活化多孔碳、KMnO₄和催化剂进行水热反应，洗涤干燥，得到负载MnO₂的多孔碳复合材料；

(4)制备PVA-Na₂SO₄固态电解质，并与氮掺杂的多孔碳材料和负载MnO₂的多孔碳复合材料组装成固态非对称超级电容器，即为所述的红毛丹果皮衍生多孔碳复合超级电容器；

步骤(2)和步骤(3)不分先后。

3.根据权利要求2所述的红毛丹果皮衍生多孔碳复合超级电容器的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，用于形成惰性氛围的惰性气体包括He、和/或Ar、和/或N₂。

4.根据权利要求2所述的红毛丹果皮衍生多孔碳复合超级电容器的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，预碳化采用程序升温，以1～10℃/min的升温速率升温至500℃，保温1～12h。

5.根据权利要求2所述的红毛丹果皮衍生多孔碳复合超级电容器的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的红毛丹果皮预碳化物、活化剂和掺氮材料的质量之比为0.01～1g：0～0.8g：0.01～1g；优选所述的掺氮材料为三聚氰胺；所述的活化剂为氢氧化钾。

6.根据权利要求2所述的红毛丹果皮衍生多孔碳复合超级电容器的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，高温碳化采用程序升温，以1～10℃/min的升温速率升温至700～900℃，保温1～12h。

7.根据权利要求2所述的红毛丹果皮衍生多孔碳复合超级电容器的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，红毛丹果皮预碳化物与活化剂的质量比为0.01～1：0～0.8；活化多孔碳、KMnO₄的质量比为0.5～50：3.95～395；催化剂的使用量为0.0125～1.25mL；优选所述的催化剂为HCl；进一步优选HCl的体积浓度3％；优选所述的活化剂为氢氧化钾。

8.根据权利要求2所述的红毛丹果皮衍生多孔碳复合超级电容器的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，高温活化的气氛为氮气，温度为800℃，时间为2h；水热反应的条件为：100～140℃反应1～8h。

9.根据权利要求2所述的红毛丹果皮衍生多孔碳复合超级电容器的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，洗涤采用离子水冲洗多遍，烘干在45～65℃进行。

10.根据权利要求1或2所述的红毛丹果皮衍生多孔碳复合超级电容器的制备方法，其特征在于，PVA-Na₂SO₄固态电解质的制备方法包括以下步骤：将PVA加入去离子水中，先常温搅拌，然后加热搅拌，再降温，边搅拌边逐滴加入Na₂SO₄溶液，滴加完成后继续搅拌，然后停止搅拌后冷却至室温，得到PVA-Na₂SO₄固态电解质；

优选PVA与去离子水的用量之比为2.0～4.0g：20～40mL，常温搅拌的时间为0.5h，加热搅拌的温度为90～95℃，时间为0.5～2.5h，Na₂SO₄溶液的浓度为0.02～0.25g/mL，滴加量为5～15ml/2.0～4.0g PVA，滴加完成后继续搅拌0.1～1.0h。