[發明專利]一種利用天然石墨制備電極的方法

有效

• 申請號: 201610016181.6
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105514453B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 李浩然;王琪;杜竹瑋;孫銘;劉鵬偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M4/96
• 分類號: H01M4/96;H01M4/88;H01M8/16
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司11472
• 代理人: 王宇楊,李彪

技術領域

本發明屬于新能源和新材料應用技術領域，具體地，涉及一種利用天然石墨制備電極的方法。

背景技術

隨著能源消耗的增大和全球環境的惡化，能源和環境成為當今世界最為重要和亟待解決的兩大問題。同時，世界各國也在尋求新能源獲取的方法以及高效的環境治理途徑。

生物電化學系統，是一類利用陽極微生物胞外電子傳遞能力回收生物質能源的裝置，主要包括產生電能的微生物燃料電池和產生氫氣的微生物電解池。影響微生物燃料電池產電和微生物電解池產氫的關鍵因素之一就是電極的種類及電極的大小，其關系到生物電化學系統的放大應用。

目前生物電化學系統中常用的電極材料是一些傳統碳材料如碳紙，碳棒，石墨纖維，石墨氈等，但其存在制作工藝復雜、比表面積較小、電化學活性較低等缺點。因此尋求一種生產工藝簡單，比表面積較大的新型電極材料對于生物電化學系統而言是一個重要的課題。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用天然石墨制備電極的方法，克服現有電極生產工藝復雜，比表面積較小等問題，提供一種生產工藝簡單，增大電極比表面積的方法。

本發明的利用天然石墨制備電極的方法，包括以下步驟：

(1)將天然石墨經過浮選流程得到石墨精礦；

(2)將步驟(1)所得的石墨精礦與堿液混合均勻高壓下進行反應，待其反應結束冷卻后進行過濾；

(3)將步驟(2)過濾后所得濾渣再與堿液混合均勻常壓下進行反應，待其反應結束冷卻后進行過濾；

(4)將步驟(3)過濾后所得濾渣和氯化銨混合均勻，進行反應，獲得石墨電極原料。

(5)用步驟(4)所得石墨電極原料和催化劑混合均勻造球，并將石墨球團固定在塑料網上，分層放置在單室電池中，制得電極。

根據本發明的利用天然石墨制備電極的方法，其中，所使用的天然石墨為為本領域公知的天然石墨，優選使用晶質石墨。晶質石墨鱗片較大，其導電性要優于隱晶質石墨。

根據本發明的利用天然石墨制備電極的方法，其中，步驟(1)中所述浮選采用粗磨粗選加再磨再選流程具體為：磨礦濃度為55％～75％、磨礦時間為3～5min，粗選時間為3～5min；具體的再磨再選流程應視具體情況而定，使用本領域公知的再選方法即可。浮選可在浮選槽中進行。

根據本發明的利用天然石墨制備電極的方法，其中優選地，步驟(2)中所述堿液的質量濃度為10％～40％、堿液與石墨精礦質量比為2:1～5:1、所述石墨精礦與堿液的反應溫度為150～200℃，所述石墨精礦與堿液的反應時間為1～4h。所述高壓反應優選在高壓釜中進行，優選壓力范圍為0.5～1MP。

根據本發明的利用天然石墨制備電極的方法，其中優選地，步驟(3)中所述堿液的質量濃度為50％～90％，堿礦質量比為2:1～5:1為所述濾渣與堿液的反應時間為0.5～4h，反應溫度為150～200℃，所述常壓反應可以在本領域公知的任一常壓反應器中進行。本發明涉及的堿液有氫氧化鈉溶液、氨水或石灰水等。

根據本發明的利用天然石墨制備電極的方法，其中優選地，步驟(4)中所述濾渣和氯化銨的質量比為1:3～1:5，所述濾渣與氯化銨的反應時間為1～2h，反應溫度范圍為300～400℃，此高溫反應可以在馬弗爐中進行。

根據本發明的利用天然石墨制備電極的方法，其中，步驟(5)中所述石墨球團的石墨電極原料用量為3～10g，催化劑用量為0.03～0.1g，所述催化劑可以優選為鉑、銀和聚苯胺中的一種或幾種形成的單一催化劑或復合催化劑，所述石墨球團直徑優選為5～15mm。

根據本發明的利用天然石墨制備電極的方法，其中，優選地，步驟(5)中石墨球團和塑料網組成的電極層數為1～3層。

本發明提出了一種利用天然石墨制備新型電極的方法，采用浮選加兩步堿浸出和酸浸，有利于提高石墨的品位，提高其導電性。將其制成團球有利于提高其作為電極材料的比表面積。本發明可以采用多層的電極布置方式，有利于提高電池的輸出效率。

具體地，本發明與現有電極制備方法相比具有以下顯著的優點：

(1)不需要在高溫和惰性氣體環境中制備，故對生產設備、技術要求較低，投資少。

(2)石墨電極制作成球狀可大大增加電極的比表面積，更容易形成導電網絡通路。

(3)電極催化劑可提高電極穩定性及活性，但存在與石墨氈混合不均情況，本發明可以克服催化劑在傳統石墨氈電極上涂抹不均的情況，在該方法下可將石墨及電極催化劑等材料混合均勻后一起造球，充分發揮電極催化劑的作用。

附圖說明