[發(fā)明專利]一種納米碳纖維和金屬復合電極及其應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811148585.6
• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: CN110970628B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設計）人: 劉濤;李先鋒;張華民
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院大連化學物理研究所;大連奧晟隆新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90;H01M8/18;H01M4/92
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種納米碳纖維和金屬復合電極在液流電池中的應用，其特征在于：所述液流電池為全釩液流電池，復合電極是以高分子聚合物和金屬鹽的混合物作為前驅(qū)體，經(jīng)靜電紡絲法制成復合納米纖維，預氧化后高溫碳化處理，再經(jīng)氧化處理制得，其中納米碳纖維的直徑在100-1000 nm，金屬顆粒直徑在2-100nm，金屬顆粒分布于納米碳纖維表面，金屬顆粒的一部嵌入于納米碳纖維中，另一部裸露于納米碳纖維表面，金屬于復合電極中的質(zhì)量分數(shù)為1% ~ 50%；

所述的高分子聚合物為聚丙烯腈、聚乳酸、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種或兩種以上；

所述金屬為鉍和鉛中的一種或兩種；

所述的納米碳纖維和金屬復合電極的制備步驟如下，

1）將金屬鹽溶于或分散于溶劑中，超聲0.5-2 h，形成金屬鹽溶液；

2）將高分子聚合物溶于上述含金屬鹽溶液中，在40-85℃下攪拌10-30 h，制得紡絲液；

3）將紡絲液經(jīng)靜電紡絲制成聚合物纖維膜；

4）將得到的聚合物纖維膜在200-350℃于空氣中預氧化1-3 h，然后在惰性氣氛下于800-2000℃碳化熱處理1-3h；

5）將碳化處理后的納米碳纖維金屬復合電極在400-500℃于空氣中氧化1-3 h，除去金屬顆粒表面包裹的石墨片層，使金屬顆粒暴露在纖維表面。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用，其特征在于：金屬于復合電極中的質(zhì)量分數(shù)為5% ~20%。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用，其特征在于：金屬于復合電極中的質(zhì)量分數(shù)為10%-20%。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用，其特征在于：所述的高分子聚合物為聚丙烯腈、聚乳酸、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種或兩種以上；

所述金屬鹽為硫酸鉍、硝酸鉍、磷酸鉍、氯化鉍、甲酸鉍、乙酸鉍、次水楊酸鉍、硝酸鉛、氯化鉛中的一種或兩種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用，其特征在于：所述紡絲液中高分子聚合物的質(zhì)量分數(shù)為5%-30%，所述紡絲液中金屬鹽與高分子聚合物的質(zhì)量分數(shù)比例為1%-60%。

6.據(jù)權(quán)利要求5所述的應用，其特征在于：所述紡絲液中金屬鹽與高分子聚合物的質(zhì)量分數(shù)比例為5-30%。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用，其特征在于：所述溶劑N,N-二甲基甲酰胺、無水乙醇、四氫呋喃、二氯甲烷中的一種或二種以上。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用，其特征在于：所述惰性氣體為氮氣或氬氣中的一種或二種。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用，其特征在于：將紡絲液經(jīng)靜電紡絲制成聚合物纖維膜，具體過程為：將3-20 mL的上述溶液置于注射器中，保持注射器針尖與接收板在5-20 cm距離，選擇注射器針尖與接收板的電壓10-30 KV、10-30 ℃、相對濕度10 %-40 %條件進行紡絲。