[发明专利]一种竹基活性炭/锰气凝胶复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种用生物质原料、气凝胶制备复合材料的方法，特别是一种用竹基活性炭、锰气凝胶制备复合材料的方法，属于电容器材料领域。利用竹基活性炭的双电层效应与锰气凝胶的赝电容效应，通过在竹基活性炭表面和内部孔洞负载具有纳米级三维网络结构的锰气凝胶得到具有特殊形貌的复合材料，其电化学性能优于原材料，且循环稳定性良好，解决了赝电容电容器循环稳定性低和双电层电容器比电容低的问题，应用于超级电容器领域中。

技术领域

本发明涉及一种用生物质原料、气凝胶制备复合材料的方法，特别是一种用竹基活性炭、气凝胶制备复合材料的方法，属于电容器材料领域。

背景技术

自进入21世纪以来，煤炭、石油等矿物能源和化工原料日益稀缺，环境保护问题越来越被重视，寻找新型能源成为人们热议的话题，而随着环境污染的不断加剧和能源资源的日益减少，开发以植物生物质为原料的新型炭材料引起了广泛的重视，近来对生物能源材料主要集中于木材、稻壳、椰壳、秸秆以及木基材料上，故把目光放在竹基活性炭上，具有一定的创新性和环保意义，竹子作为一种传统的生物质材料，其具有生长周期短、繁殖能力强、生长条件要求低、资源丰富以及一次造林成功等特点，从“环境材料”的角度考虑对其进行开发和利用，不仅可延长竹材的应用链，而且能够拓宽它的应用领域，而对竹材进行炭化和活化工艺处理后可得到竹基活性炭，将其应用于超级电容器领域具有良好的性能和经济环保优势。

超级电容器按照电极材料可以分为碳电极电容器、金属氧化物电容器、导电聚合物电容器、复合材料电极电容器，按照结构及电极上的反应可以分为对称型电容器、非对称型电容器，按照储能机理可以分为双电层电容器、法拉第赝电容电容器、混合类型电容器，双电层电容器在充放电过程中只是通过电解质离子在电极表面之间发生得失电子反应，不消耗电极材料，具有容量大，体积小，充放电速度快，使用温度范围宽，循环寿命长等优点，法拉第鹰电容电容器则是利用电极材料与电解液离子发生氧化还原反应而产生电能，在循环过程中会消耗电极材料，因为在电极内部和表面都会发生充放电过程，故也具有良好的比能量和电容量，双电层电容器和法拉第赝电容电容器各自的优势使其在新能源领域发挥着越来越大的作用，并创造出可观的经济效应。

竹基活性炭具有多孔结构和良好的导电性，其多孔结构可以产生较大的比表面积，使电解液与电极材料的接触面积大大增加，锰气凝胶具有三维网络骨架结构，这种结构能促进其赝电容特性的发挥，且锰源廉价易得，是贵金属氧化物电极材料很好的替代品，故本发明以竹基活性炭/锰气凝胶复合材料作为超级电容器的电极材料，可以使其中的竹基活性炭发挥其双电层效应，使锰气凝胶发挥其赝电容效应，充分发挥二者各自的优点，实现材料性能和成本的合理平衡，扬长避短，具有单一电极材料所不具备的优良性能，应用前景广阔，因而也是今后为超级电容器研究方向的重点之一。

发明内容

将竹基活性炭均匀地分散在锰溶胶中，经过溶胶—凝胶过程，结合超临界干燥工艺，制备出锰气凝胶负载于竹基活性炭表面和内部孔洞的复合材料。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种竹基活性炭/锰气凝胶复合材料的制备方法，按下述步骤制得。

步骤一：以一定碱炭质量比（2:1～5:1）称取氢氧化钾和竹炭，混合溶于少量水中，在80 ℃的磁力搅拌下将水蒸干，使氢氧化钾和竹炭混合均匀；

步骤二：将氢氧化钾与竹炭的混合物放入镍坩埚中，在管式电阻炉氮气气氛下升温，对竹炭进行活化；

步骤三：将得到的竹基活性炭进行酸洗和水洗，洗去杂质，放入烘箱中于80 ℃干燥；

步骤四：将硝酸锰水溶液（0 ml～3 ml）、无水乙醇（10 ml～25 ml）和模板剂（5 ml～20ml）加入烧杯中，在磁力搅拌下搅拌15 min；

步骤五：将0 g～1 g竹基活性炭缓慢加入步骤四所得溶液中，超声处理0 min～30min；