1.一种基于废旧锌-锰干电池碳包的混合式超级电容器的制备方法,包括步骤如下:
1)从废旧锌-锰干电池中回收碳包,得回收的锌-锰干电池碳包(固体C);
2)氮掺杂碳包覆磷酸钛钠的制备;
3)正极的制作:
以固体C为活性物质,聚偏氟乙烯为粘合剂,乙炔黑为导电剂,将三者在N-甲基吡咯烷酮中混合、研磨、调成糊状物,将糊状物均匀涂覆在集流体上,真空干燥,得正极工作电极;
4)负极的制作:
以氮掺杂碳包覆磷酸钛钠为活性物质,聚偏氟乙烯为粘合剂,乙炔黑为导电剂,将三者在N-甲基吡咯烷酮中混合、研磨、调成糊状物,将糊状物均匀涂覆在集流体上,真空干燥,得负极工作电极;
5)混合式超级电容器的组装:
将正极工作电极和负极工作电极按涂有活性物质的一面相对叠合,正、负极之间加隔膜,使隔膜饱和吸附电解液,密封,得混合式超级电容器。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1)所述的从废旧锌-锰干电池中回收碳包,包括下列步骤:a. 将废旧锌-锰干电池拆解,将碳包与其它组分分开;
b. 将碳包粉末转移至无水乙醇溶液中,室温下搅拌1‒2 h;固液分离,得固体A;
c. 将固体A转移至蒸馏水中,室温下搅拌1‒2 h;固液分离,乙醇洗涤固体2‒3次,得固体B;
d. 将固体B干燥,得回收的锌-锰干电池碳包(固体C)。
3.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述步骤b中的碳包粉末与无水乙醇,其质量体积比为1 : (5‒10) g/mL;
所述步骤c中固体A与蒸馏水,其质量体积比为1 : (5‒10) g/mL;
所述步骤d中的干燥,干燥方式为晾干、烘干或真空干燥。
4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤2)所述的氮掺杂碳包覆磷酸钛钠的制备步骤如下:h. 将钛酸酯溶解于无水乙醇与丁醇的混合溶液中,得溶液D;
i. 将钠盐、植酸溶解于蒸馏水中,得溶液E;
j. 搅拌下,将溶液E加入到溶液D中,室温下搅拌1‒3 h,得混合液F;
k. 搅拌下,将水性聚氨酯的水溶液加入到混合液F中,室温下搅拌1‒2 h,得混合液G;
l. 将混合液G进行固液分离,得固体H;
m. 将固体H干燥,然后在惰性气体氛中热处理,得氮掺杂碳包覆磷酸钛钠。
5.如权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述步骤h中的钛酸酯为钛酸丙酯、钛酸丁酯、或二者任意配比的混合物;
所述步骤h中的钛酸酯,在反应总体系中的浓度为0.06‒0.12 mol/L;
所述步骤h中无水乙醇与丁醇的混合溶液,其中无水乙醇与丁醇的体积比为1 : (1‒
4);
所述步骤m中的干燥,干燥方式为晾干、烘干或真空干燥。
6.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤3)中固体C、聚偏氟乙烯、乙炔黑的质量比为80 : (5‒10) : (15‒10);
所述步骤3)中,固体C在正极上的浓度为1.5‒3 mg/cm2;
所述步骤4)中氮掺杂碳包覆磷酸钛钠、聚偏氟乙烯、乙炔黑的质量比为80 : (5‒10) : (15‒10);
所述步骤4)中,氮掺杂碳包覆磷酸钛钠在负极上的浓度为4.5‒9 mg/cm2。
7.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤3)和4)中的集流体为石墨纸、铜箔、泡沫镍或不锈钢丝网;
所述步骤3)和4)中的真空干燥,干燥条件为:温度为80‒120 °C,时间为8‒12 h,真空度为0.09‒0.1 MPa。
8.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤5)中的正极和负极,其中正极上固体C与负极上氮掺杂碳包覆磷酸钛钠的质量之比为(3‒3.5) : 1。
9.一种权利要求1-8任一项所述的制备方法制备的混合式超级电容器。
10.如权利要求9所述的混合式超级电容器,其特征在于,所述混合式超级电容器在0.5 A/g下循环2000圈,容量保持率(相对于首圈)80-95%,比能量保持为14‒17 W h/kg,对应的比功率为503 W/kg。