[发明专利]一种浒苔活性炭复合二氧化锰超级电容器电极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种浒苔活性炭复合二氧化锰超级电容器电极材料的制备方法，属于超级电容器领域。该复合材料采用浒苔和高锰酸钾等作为原料，成功地制备出了超级电容器电极材料。该制备方法所用浒苔作为生物质材料，浒苔来源丰富，是绿色环保的新材料，而且制备方法简单，所得复合材料因其特殊多级孔结构的碳基底材料与二氧化锰的协同效应而具有较高的比容量，循环稳定性和能量密度。能够广泛应用于电子产品，电动自行车和电动汽车等领域。

技术领域

本发明属于超级电容器领域，具体涉及一种浒苔活性炭复合二氧化锰超级电容器电极材料的制备方法。

背景技术

二氧化锰超级电容器材料，由于具有可逆容量高，安全性高，对环境无污染等优点，被认为是超级电容器材料的理想选择。传统的二氧化锰超级电容器材料的合成方法包括，共沉淀法、高温固相法，碳热还原法，水热和溶剂热法等。然而，二氧化锰超级电容器材料导电性能差从而导致倍率性能不好，比容量较低等缺点，制约着在大型电动设备中的广泛应用。另外，碳材料的分级多孔结构(包括大孔，介孔，和微孔结构)可以降低复合材料的离子传输性和为二氧化锰提供一个较短的离子扩散路径促进电化学性能。然而，传统的碳材料仅具有微、介、大孔结构，阻碍了它们在储能应用中的直接应用。因此，寻找一种具有多级孔结构的碳基底材料具有十分重要的意义。

考虑到以上等问题，本发明利用浒苔活性炭为碳源，首先浒苔通过简单的碳化活化作为碳基底，所制备的碳基底材料具有多级孔结构，通过化学湿热法与高锰酸钾和浓硫酸进行反应，浒苔活性炭不仅作为碳源，同时也作为还原剂参与反应这种原位生长法使得二者体现了很好的结合能力，浒苔活性炭和二氧化锰复合解决了纯二氧化锰材料不稳定，倍率性能差的缺点，该材料的特殊结构不仅提供了更有效的电极电解液接触面积，而且为离子的传输提供了更短的路径。其次，多层结构提供了更多的离子传输的通道和短传输路径，有助于提高材料的比容量和倍率性。同时纤维壁上的多级孔结构能够缓冲反应过程中体积变化产生的压力，有利于提高材料的循环稳定性。因此，浒苔活性炭和二氧化锰复合超级电容器电极材料将是一个可行的提高材料比容量、倍率性能和循环稳定性性的方法。

发明内容

本发明利用来源丰富且可再生的浒苔作为原料，制备了具有多级孔结构的碳基底材料，然后通过简单的化学湿热反应，制得活性炭与二氧化锰复合材料。

本发明制备过程简单，不需要昂贵设备，所得产品质量高性能好，在将来超级电容器电极材料的应用中具有光明的前景。

一种浒苔活性炭复合二氧化锰超级电容器电极材料的制备方法，制作过程包括以下步骤：

1)将打捞的浒苔晒干，洗净；

2)将步骤1处理好的浒苔在管式炉中氮气气氛下700℃下进行高温焙烧，碳化，得到碳化浒苔；

3)将步骤2的碳化浒苔与氢氧化钾按质量比例1比4混合均匀在管式炉中氮气中800℃高温焙烧，进行活化。将产物充分洗涤，抽滤，干燥，收集即可得到浒苔活性炭；

4)取步骤3取所得到的浒苔活性炭0.024g超声分散后同0.316g的高锰酸钾和0.25ml浓硫酸在油浴锅中80℃下进行化学湿热反应，反应时间为1h、3h、6h、7h 和12h；

5)反应结束后抽滤混合液，多次洗涤沉淀物，烘干收集得到基于浒苔的多级孔炭和二氧化锰复合超级电容器电极材料；

6)用电化学工作站及蓝电测试仪测试上述产物在1.0M Na₂SO₄电解液下的超级电容器电化学性能。

本发明使用的碳基底原料是浒苔，原料来源广泛、环保绿色、安全性高。

本发明方法制备的具有多级孔结构的碳基底材料，通过简单的化学湿热反应与二氧化锰进行复合可用作性能优异的超级电容器材料，有利于离子和电子的扩散和传输，从而提高二氧化锰的充放电容量，改善倍率性能和稳定性能。