[发明专利]基于毛竹生物活性炭电极的可降解超级电容器

说明书

本发明提供了一种基于毛竹生物活性炭电极的可降解超级电容器按以下步骤制备得到：选用泡沫金属铁，作为电极的集流层；以毛竹为原材料通入氮气煅烧后加热至650～750℃碳化，洗涤制备得到毛竹碳化物；马铃薯淀粉和氯化钠、甲醇溶剂、戊二醛混合制得电解液；取电解液加入毛竹碳化物，搅拌得到混合均一的混合电解液，将集流层浸没于混合电解液中，静置干燥后，制得电极结构；取电解液平铺干燥后，制得电解质膜；将2份电极结构和电解质膜，按照电解质膜在中间层，2个电极分别位于电解质膜的上下两面的三明治方式排布，通过热压的结合方式制得所述可降解超级电容器。本发明构建了全生物可降解环保超级电容器，环境友好性好，充放电速度快，循环次数多，可用于可穿戴电子器件微能源的应用中。

技术领域

本发明是属于新能源领域，具体涉及到一种新型环保可降解超级电容器。

背景技术

近年来，随着可穿戴电子器件的迅速发展，具有体积小、性能优良的自供电系统引起了人们的广泛关注，对便携储能设备的需求也如日剧增。超级电容器作为一种充放电速度快，可充放次数多的新型能源器件，备受关注。然而，由于超级电容器的制造中会涉及到很多不易降解的材料，对环境极易造成破坏，在可穿戴领域对人体的损坏也比较大。为了克服这一困难，可以利用生物材料构建可降解环保超级电容器，不仅可以拓展超级电容器在生物友好环境的应用，还可以降低新型能源器件弃用之后对环境的破坏。

发明内容

本发明的目的是针对于目前可穿戴超级电容器，制造过程中存在的材料不易降解，容易造成环境破坏的缺点，提出了一种基于可降解的环保炭材料的超级电容器及其制备方法。

这种新型可降解超级电容器采用的是以毛竹生物活性炭与泡沫金属铁材料构建可降解电极，以生物材料为电解质构建全生物可降解超级电容器。

基于本发明的上述设计目的，本发明采用的技术方案是：

基于毛竹生物活性炭电极的可降解超级电容器，所述可降解超级电容器按以下步骤制备得到：

(1)选用泡沫金属铁，作为电极的集流层；

所述泡沫金属铁为多孔结构，孔的尺寸直径在10～100μm，厚度约0.5～2mm，优选1mm。

(2)以毛竹为原材料，在200-250℃(优选230℃)温度下通入氮气煅烧2～3小时，之后加热至650～750℃(优选700℃)碳化2-3 小时，再依次用HF水溶液、盐酸洗涤，最后用去离子水清洗制备得到毛竹生物活性炭；

所述步骤(2)中，用HF溶液洗涤是为了去除SiO₂，用盐酸洗涤是为了去除CaCO₃。

所述步骤(2)中，所述HF水溶液的质量分数为5％～30％(优选20％)；所述盐酸的质量分数为10％～37％。

(3)马铃薯淀粉和氯化钠按照质量比0.5～3:1(优选2:1)混合，并将上述混合物与甲醇溶剂按照质量比1～3:5(优选2:5)的比例混合，搅拌均匀后，所得混合液按照体积比6～12:1的比例添加戊二醛，将混合溶液搅拌均匀，制得电解液；

(4)取步骤(3)制备得到的电解液，加入步骤(2)所得到的毛竹生物活性炭，所述电解液、毛竹生物活性炭的质量比为2～2.5:1，搅拌得到混合均一的混合电解液，将步骤(1)的集流层浸没于混合电解液中，静置干燥后，制得电极结构；

取步骤(3)制备得到的电解液，平铺在平板上，静置干燥后，制得电解质膜；

所述干燥时间一般3～5小时。

(5)将按照步骤(4)制得的2份电极结构和电解质膜，按照电解质膜在中间层，2份电极结构分别位于电解质膜的上下两面，且集流层没有孔的一面朝外，多孔的填充有毛竹活性炭层的一面朝内紧贴电解质膜的三明治方式排布，通过热压的结合方式制得所述可降解超级电容器。