技术摘要：
本发明涉及超级电容器技术领域，且公开了一种MnO2修饰生物质多孔碳的超级电容器电极材料，包括以下配方原料及组分：改性生物质多孔碳、硫酸锰、硫酸铝、碳酸氢铵。该一种MnO2修饰生物质多孔碳的超级电容器电极材料，水稻秸秆作为碳源通过高温碳化、氢氧化钾刻蚀，以及F  全部
背景技术：
超级电容器是一种新型储能装置，具有能量密度高、循环稳定性好、工作温限宽等 优点，在混合动力汽车和电子设备等方面具有广泛的应用前景，但是超级电容器能量密度 低于可充电电池，限制了超级电容器的实际应用，因此开发具有高电导率和比电容的电极 材料，来提高超级电容器的能量密度成为研究热点，其中赝电容器电极材料在活性物质表 面可以发生快速的氧化还原反应，能提供更高的比容量。 目前的超级电容器电极材料主要有活性炭、石墨烯、碳纳米管等碳材料类电极材 料；钌氧化物、锰氧化物和钴氧化物等过渡金属氧化物电极材料等，其中生物质碳材料由于 其成本低廉、无毒环保、生物相容性等优点，并且具有具有电化学性能优异、循环稳定性良 好的特点，在超级电容器电极材料方面以及能源转化和储存等领域表现出广泛的应用前 景，但是生物质碳材料的理论比电容有限，能量密度和较低，限制了生物质碳材料在超级电 容器电极材料的实际应用，MnO2具有很高的理论比电容、储量丰富、廉价易得和对环境友 好，是最有应用前景的赝电容电极材料，可以与生物质碳材料复合，提高其赝电容性能和实 际比电容，但是MnO2的电子导电率和离子扩散系数较低，不利于电极氧化还原反应过程中 电子和离子的迁移和传输。 (一)解决的技术问题 针对现有技术的不足，本发明提供了一种MnO2修饰生物质多孔碳的超级电容器电 极材料及其制法，解决生物质碳电极材料的实际比电容不高的问题，同时解决了MnO2的电 子导电率和离子扩散系数较低的问题。 (二)技术方案 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种MnO2修饰生物质多孔碳的超级 电容器电极材料，包括以下原料及组分：改性生物质多孔碳、硫酸锰、硫酸铝、碳酸氢铵，其 中硫酸锰、硫酸铝、碳酸氢铵的物质的量比为1:0.1-0.4:1.3-1.8。 优选的，所述改性生物质多孔碳制备方法如下： (1)向行星球磨机中加入乙醇溶剂和水稻秸秆，进行球磨直至置物料通过100-500 目网晒，将物料减压蒸馏除去溶剂，固体产物置于质量分数为1-3mol/L的盐酸溶液中，匀速 搅拌5-10h，进行酸化处理，过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤酸化产物，置于2-5mol/L的氢氧 化钾溶液中，匀速搅拌6-12h，进行碱化处理，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤碱化产 物，并充分干燥，置于气氛电阻炉中并通入氮气，升温速率为2-5℃/min，升温至540-600℃， 保温煅烧2-4h，制备得到生物质炭。 (2)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、氢氧化钾和生物质碳，置于恒温水浴锅中，加热 至30-60℃，匀速搅拌10-20h，过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤刻蚀产物直至中性，并置于三 3 CN 111554515 A 说　明　书 2/7 页 氯化铁溶液中，在40-60℃下匀速搅拌20-40min，然后静置陈化6-8h，重复搅拌-陈化过程3- 5次，过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到改性生物质多孔碳。 优选的，所述行星球磨机包括高速旋转器、高速旋转器下方固定连接有支撑座、高 速旋转器活动连接有旋转轴、旋转轴与旋转轴承活动连接、旋转轴承固定连接有球磨罐、球 磨罐下方设置有底座、底座两侧与支撑杆固定连接。 优选的，所述氢氧化钾和生物质碳的质量比为2-4:1，刻蚀产物和三氯化铁的质量 比为1:0.15-0.3。 优选的，所述MnO2修饰生物质多孔碳的超级电容器电极材料制备方法包括以下步 骤： (1)向反应瓶中加入蒸馏水和硫酸锰，搅拌溶解后加入硫酸铝、碳酸氢铵和改性生 物质多孔碳，匀速搅拌1-3h，将溶液转移进水热反应釜中，并置于反应釜加热箱中，加热至 150-180℃，反应3-8h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，固体 混合产物置于气氛电阻炉中并通入氮气和氧气的混合气体，体积比为10-15:1，升温速率为 1-3℃，升温至420-460℃，保温处理2-4h，煅烧产物即为MnO2修饰生物质多孔碳的超级电容 器电极材料。 优选的，所述改性生物质多孔碳占总量比重为35-60％。 (三)有益的技术效果 与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果： 该一种MnO2修饰生物质多孔碳的超级电容器电极材料，以普通的水稻秸秆作为碳 源，通过高温碳化和氢氧化钾刻蚀，形成丰富的孔道结构，再通过Fe3 的刻蚀和改性，与孔道 中坍塌的碳层结构反应，进一步形成孔隙结构更加丰富，比表面积更大的生物质多孔碳，可 以充分与电解液接触和润湿，暴露出更多的电化学活性位点，有利于提高电极材料的法拉 第电容。 该一种MnO2修饰生物质多孔碳的超级电容器电极材料，以改性生物质多孔碳为生 长位点，以Al3 作为金属离子掺杂，碳酸氢铵作为模板和致孔剂，生产的Al3 掺杂MnCO3均匀 分布的改性生物质多孔碳巨大的比表面积和丰富的孔隙结构中，通过高温热裂解，Al3 掺杂 MnCO 和氧气反应生成Al3 掺杂MnO ，Al3 3 2 的掺杂促进了β相MnO2向隧道结构更加丰富的α相 MnO2转变，同时碳酸氢铵高温分解生成二氧化碳和氨气从α相MnO2的内部隧道结构逸出，在α 相MnO2晶体中形成大量的介孔结构，为电极氧化还原反应提供了离子传输通道，提高了离 子扩散速率，促进电极反应的可逆进行，同时低价态的Al3 在α相MnO2晶格中产生氧空位，氧 空位可以提高α相MnO2的电子导电率，促进电子的传输和迁移，并且Al3 α相MnO2可以为生物 质多孔碳电极材料提供良好的赝电容，在协同作用下MnO2修饰生物质多孔碳的超级电容器 电极材料表现出优异的实际比电容和电化学性能。 附图说明 图1是球磨罐正面示意图； 图2是旋转轴承放大示意图； 1、高速旋转器；2、支撑座；3、旋转轴；4、旋转轴承；5、球磨罐；6、底座；7、支撑杆。 4 CN 111554515 A 说　明　书 3/7 页
技术实现要素：
为实现上述目的，本发明提供如下