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专利号: 2018105566432
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种利用废旧锌锰电池制备超级电容器电极材料的方法,其特征在于,所述超级电容器电极材料包括Zn-Mn共混氧化物纳米电极材料和复合纳米电极材料,具体包括如下步骤:步骤1,从废旧锌锰电池中分别回收Zn、Mn元素,得到Mn(NO3)2溶液和ZnCl2溶液;

步骤2,用Mn(NO3)2溶液和ZnCl2溶液分别制备Zn-Mn共混氧化物纳米电极材料和复合纳米电极材料:

1)制备Zn-Mn共混氧化物纳米电极材料:

将Mn(NO3)2溶液和ZnCl2溶液以摩尔比为4:1-16进行混合,添加尿素调混合溶液PH值呈现中性,向混合溶液中加入乙醇,其中乙醇的体积与混合溶液的体积为1:0.2-2,在100-180 ℃反应12-24 h后,生成的固体产物用体积比为1:0.3-3的去离子水与乙醇混合液充分洗涤,然后过滤出沉淀物,烘干后得到Zn-Mn共混氧化物纳米电极材料;

2)制备复合纳米电极材料:将生物炭粉末按照质量比1:0.5-3的比例加入到ZnCl2溶液中进行充分浸渍,过滤出沉淀物,在惰性气氛下于700-1000 ℃煅烧2-6小时,用浓度为0.1-

0.5mol/L的HCl充分洗涤以除去生物炭中的残留的氧化物,并用去离子水清洗后烘干,得到活化生物炭;然后对活化生物炭进行氧化改性处理,得到表面氧化改性生物炭;将表面氧化改性生物炭加入到Mn(NO3)2溶液中进行混合并充分浸渍,然后加入有机溶剂、配体进行超声粉碎乳化,在温度120-200 ℃下热反应12-24 h,将得到的固体粉末在N2或Ar气氛下于700-

1000 ℃高温煅烧2-8 h,获得复合纳米电极材料。

2.根据权利要求1所述的利用废旧锌锰电池制备超级电容器电极材料的方法,其特征在于,步骤1中,从废旧锌锰电池中分别回收Zn、Mn元素的具体步骤为:采用机械破碎的方法将废旧锌锰干电池破碎,并分别收集废弃正极Mn化合物和负极Zn化合物;

将Mn化合物采用超声清洗过滤直至滤液呈中性,获得初粉,并置于马弗炉中于250-500 ℃煅烧2-5个小时获得回收的Mn化合物;采用0.5-3 mol/L的HNO3溶液与30wt% H2O2共同溶解煅烧后的Mn化合物,并过滤取滤液,得到回收的Mn(NO3)2溶液;

将Zn化合物置于0.5-3 mol/L的 HCl溶液中搅拌直至溶解,即获得回收的ZnCl2溶液。

3.根据权利要求1所述的利用废旧锌锰电池制备超级电容器电极材料的方法,其特征在于,步骤2中生物炭粉末的制备具体步骤为:将花生壳、玉米芯、稻谷壳、麦秸秆采用粉碎机粉碎,并用去离子水充分洗涤以除去表面的灰尘后置于烘箱中烘干,然后在400-550 ℃温度下在惰性气氛中煅烧2-6 h,充分研磨后得到生物炭粉末。

4.根据权利要求1所述的利用废旧锌锰电池制备超级电容器电极材料的方法,其特征在于,步骤2中对活化生物炭进行氧化改性处理的具体步骤为:将活化生物炭与浓H2SO4混合均匀,其中活性生物炭与浓H2SO4的比例为0.1g:10-50 mL,在0-5 ℃温度下充分冷却后,再加入KMnO4和NaNO3,二者质量比为1:0.1-9,在40-80 ℃温度下反应0.5-5 h,冷却后用去离子水稀释,并逐滴滴入H2O2直至混合物变为金黄色或土黄色,静置后离心洗涤分离出固体粉末,得到表面氧化改性的生物炭。

5.根据权利要求1所述的利用废旧锌锰电池制备超级电容器电极材料的方法,其特征在于,步骤2中的配体采用对苯二甲酸、均三苯甲酸、对苯二甲胺、均三苯甲胺、1-甲基咪唑,苯并咪唑中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的利用废旧锌锰电池制备超级电容器电极材料的方法,其特征在于,步骤2中的有机溶剂采用甲醇、乙醇、乙二醇、正辛醇、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或任意两种的混合物。