[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

说明书

本发明涉及一种红毛丹果皮衍生多孔碳复合超级电容器的制备方法，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。与现有技术相比，本发明具有高的能量密度、功率密度和优异的循环稳定性能；材料原料来源广泛、价格低廉，是一种绿色环保的电极材料，有利于促进超级电容器用废弃生物质多孔碳的工业化生产。

技术领域

本发明涉及电极材料领域，尤其是涉及一种红毛丹果皮衍生多孔碳复合超级电容器的制备方法。

背景技术

随着国民经济的发展，全球化石燃料存储量日渐匮乏。替代能源的发展已成为全世界的当务之急。与二次电池相比，超级电容器具有明显的优势，例如高功率密度，更大的电容和更长的循环寿命。他们也是环保的。尽管超级电容器具有高功率密度，但是其特有的低能量密度仍然是需要解决的问题。

碳材料，尤其是多孔的基于生物质的碳材料，由于其低成本，高电导率和出色的化学稳定性，已引起人们对超级电容器电极材料的强烈兴趣。在电化学储能材料方面，超级电容器作为介于传统充电电池与传统电容器之间的一种新型材料，它具有能量密度大、循环寿命长、成本低廉等优点。它同样是由正负电极、电解质、隔膜和封装材料组成，电极使用的活性材料典型的活性假电容材料，包括过渡金属氧化物，如RuO₂、Fe₃O₄、NiO和MnO₂以及导电氧化还原聚合物(例如聚苯胺，聚吡咯和聚噻吩)，已被普遍研究用作具有高能量密度和大电荷转移反应的超级电容器的活性电极材料。在这些赝电容电极材料中，MnO₂得益于其低成本，环境友好和自然丰度的优势，被认为是高性能超级电容器最有希望的替代电极材料之一。然而，它的导电性很差，限制了其速率能力的高功率性能，并妨碍在能量存储系统中的广泛应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种红毛丹果皮衍生多孔碳复合超级电容器的制备方法。本发明组装成的非对称超级电容器具有高的能量密度、功率密度和优异的循环稳定性能。材料原料来源广泛、价格低廉，是一种绿色环保的电极材料，有利于促进超级电容器用废弃生物质多孔碳的工业化生产。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种红毛丹果皮衍生多孔碳复合超级电容器的制备方法，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(NR)和负载MnO₂的多孔碳复合材料(MnO₂@R)；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。

优选地，该方法包括以下步骤：

(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、氢氧化钾和掺氮材料混合，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；