[发明专利]高活性无金属超级电容电极材料制备方法及组装方法

说明书

本发明提供一种高活性无金属超级电容电极材料制备方法及组装方法，属于超级电容器电能储存技术领域，以生物质活性炭、石墨为原料，制备得到氧化生物质活性炭、氧化石墨烯和还原型氧化石墨烯，用作高活性超级电容电极材料，目的在于增大电极表面与电解液的接触面积，提高比表面积利用率，进而提高超级电容器的储电性能。本发明的无金属的超级电容器组装方法：在应用上述电极活性材料的同时，采用非金属石墨膜作为超级电容器的集流体，整个超级电容器无金属材料，消除了金属集流体在使用过程中解离出金属离子，尤其是重金属离子的可能性，极大降低了超级电容的环境影响；方法操作简单、条件温和、易于批量生产、具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及超级电容器电能储存技术领域，具体涉及一种高活性无金属超级电容电极材料制备方法及组装方法。

背景技术

超级电容器是介于普通电容器和化学电池之间的一种新型电能储存装置，其具有循环寿命长，工作温度范围广，充放电速度快，维护简单方便等优良性能。超级电容器主要包含电极、电解质、集流体及隔膜4个部分，其中电极是超级电容器的核心部件。生物质活性炭因具有来源广泛，成本低，比表面积相对较大等特点，常被用作超级电容器电极材料，但目前这类超级电容器普遍存在比电容低，以及基于自身重量的能量密度低等问题。

涂布在电极上的活性材料与电解液直接接触，给超级电容器施加电压(亦即充电过程)，活性材料的表面充满相应的正、负电荷，吸引电解液中的相应负、正离子，形成亥姆霍兹双电层。理论上，比表面积越大，电容器电容将越高。虽然生物质活性炭比表面积较大，但其表面含氧官能团较少，与电解液的润湿性较差，造成电极表面积利用率不高，电容器比电容较低。因此，目前的研究主要集中在如何改善超级电容器电极的表面性质和空间结构，以提升其储电性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过引入含氧官能团、提升表面积利用率、改善材料内部结构，来提高超级电容器的比电容等储电性能的高活性无金属超级电容电极材料制备及组装方法，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明提供一种高活性无金属超级电容电极材料制备方法，以生物质活性炭、鳞片石墨为原料，制备得到氧化生物质活性炭、氧化石墨烯以及还原型氧化石墨烯高活性电极材料；包括：

将生物质活性炭、鳞片石墨分别进行研磨，过筛备用；

量取一定量的浓硫酸，加入上述过筛原料中的一种，反应后，再加入过硫酸钾和五氧化二磷，持续搅拌；将反应得到的混合物抽滤，滤渣加入适量蒸馏水清洗，再次抽滤，重复清洗、抽滤；

量取一定量的浓硫酸，搅拌条件下加入上述清洗后的滤渣，然后再分批次缓慢加入高锰酸钾，持续搅拌；再在常温条件下搅拌，加入去离子水，再加入过氧化氢，直至不产生气泡，将得到的混合物离心后，得到的残渣加入去离子水洗涤，再次离心，洗涤、离心至上清液为中性，得到的最终残渣为电极材料；

其中，当过筛原料为生物质活性炭时，得到的电极材料为氧化炭活性电极材料；当过筛原料为鳞片石墨时，得到的电极材料为氧化石墨烯；

将制备的氧化石墨烯中加入去离子水，超声处理，再加入一水合肼，水浴，持续搅拌，然后离心，残渣加入适量去离子水清洗、离心，即为还原型氧化石墨烯活性电极材料。

优选的，量取25ml的98％浓硫酸，搅拌条件下，加入50g过筛原料，反应30min后，再加入5g过硫酸钾和15g五氧化二磷，加药过程持续搅拌。

优选的，量取100mL 98％的浓硫酸，置于冰水浴中5min，在搅拌条件下，加入上述清洗后的滤渣，然后再分批次加入20g高锰酸钾，持续搅拌1h。