[發明專利]基于毛竹生物活性炭電極的可降解超級電容器

有效

• 申請號: 202110270789.2
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113314353B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 王波;黃旭波;李德釗;張建;袁少飛
• 申請（專利權）人: 浙江省林業科學研究院
• 主分類號: H01G11/84
• 分類號: H01G11/84;H01G11/34;H01G11/68;H01G11/44;H01G11/56;H01G11/62
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 趙芳

本發明提供了一種基于毛竹生物活性炭電極的可降解超級電容器按以下步驟制備得到：選用泡沫金屬鐵，作為電極的集流層；以毛竹為原材料通入氮氣煅燒后加熱至650～750℃碳化，洗滌制備得到毛竹碳化物；馬鈴薯淀粉和氯化鈉、甲醇溶劑、戊二醛混合制得電解液；取電解液加入毛竹碳化物，攪拌得到混合均一的混合電解液，將集流層浸沒于混合電解液中，靜置干燥后，制得電極結構；取電解液平鋪干燥后，制得電解質膜；將2份電極結構和電解質膜，按照電解質膜在中間層，2個電極分別位于電解質膜的上下兩面的三明治方式排布，通過熱壓的結合方式制得所述可降解超級電容器。本發明構建了全生物可降解環保超級電容器，環境友好性好，充放電速度快，循環次數多，可用于可穿戴電子器件微能源的應用中。

技術領域

本發明是屬于新能源領域，具體涉及到一種新型環保可降解超級電容器。

背景技術

近年來，隨著可穿戴電子器件的迅速發展，具有體積小、性能優良的自供電系統引起了人們的廣泛關注，對便攜儲能設備的需求也如日劇增。超級電容器作為一種充放電速度快，可充放次數多的新型能源器件，備受關注。然而，由于超級電容器的制造中會涉及到很多不易降解的材料，對環境極易造成破壞，在可穿戴領域對人體的損壞也比較大。為了克服這一困難，可以利用生物材料構建可降解環保超級電容器，不僅可以拓展超級電容器在生物友好環境的應用，還可以降低新型能源器件棄用之后對環境的破壞。

發明內容

本發明的目的是針對于目前可穿戴超級電容器，制造過程中存在的材料不易降解，容易造成環境破壞的缺點，提出了一種基于可降解的環保炭材料的超級電容器及其制備方法。

這種新型可降解超級電容器采用的是以毛竹生物活性炭與泡沫金屬鐵材料構建可降解電極，以生物材料為電解質構建全生物可降解超級電容器。

基于本發明的上述設計目的，本發明采用的技術方案是：

基于毛竹生物活性炭電極的可降解超級電容器，所述可降解超級電容器按以下步驟制備得到：

(1)選用泡沫金屬鐵，作為電極的集流層；

所述泡沫金屬鐵為多孔結構，孔的尺寸直徑在10～100μm，厚度約0.5～2mm，優選1mm。

(2)以毛竹為原材料，在200-250℃(優選230℃)溫度下通入氮氣煅燒2～3小時，之后加熱至650～750℃(優選700℃)碳化2-3 小時，再依次用HF水溶液、鹽酸洗滌，最后用去離子水清洗制備得到毛竹生物活性炭；

所述步驟(2)中，用HF溶液洗滌是為了去除SiO₂，用鹽酸洗滌是為了去除CaCO₃。

所述步驟(2)中，所述HF水溶液的質量分數為5％～30％(優選20％)；所述鹽酸的質量分數為10％～37％。

(3)馬鈴薯淀粉和氯化鈉按照質量比0.5～3:1(優選2:1)混合，并將上述混合物與甲醇溶劑按照質量比1～3:5(優選2:5)的比例混合，攪拌均勻后，所得混合液按照體積比6～12:1的比例添加戊二醛，將混合溶液攪拌均勻，制得電解液；

(4)取步驟(3)制備得到的電解液，加入步驟(2)所得到的毛竹生物活性炭，所述電解液、毛竹生物活性炭的質量比為2～2.5:1，攪拌得到混合均一的混合電解液，將步驟(1)的集流層浸沒于混合電解液中，靜置干燥后，制得電極結構；

取步驟(3)制備得到的電解液，平鋪在平板上，靜置干燥后，制得電解質膜；

所述干燥時間一般3～5小時。

(5)將按照步驟(4)制得的2份電極結構和電解質膜，按照電解質膜在中間層，2份電極結構分別位于電解質膜的上下兩面，且集流層沒有孔的一面朝外，多孔的填充有毛竹活性炭層的一面朝內緊貼電解質膜的三明治方式排布，通過熱壓的結合方式制得所述可降解超級電容器。