[發(fā)明專利]一種金屬基碳纖維復(fù)合電極的制備方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110177102.0 | 申請日： | 2021-02-07 |
| 公開（公告）號： | CN112992558B | 公開（公告）日： | 2022-04-05 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 趙亞萍;蘇麗訪;金振東;靳凱麗;蔡再生 | 申請（專利權(quán)）人： | 東華大學(xué) |
| 主分類號： | H01G11/86 | 分類號： | H01G11/86;H01G11/24;H01G11/30;H01G11/40 |
| 代理公司： | 北京東方盛凡知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11562 | 代理人： | 王穎 |
| 地址： | 201620 上*** | 國省代碼： | 上海;31 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 金屬 碳纖維 復(fù)合 電極 制備 方法 及其 產(chǎn)品 應(yīng)用 | ||
本發(fā)明公開一種金屬基碳纖維復(fù)合電極的制備方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用，將經(jīng)過預(yù)處理及活化的碳纖維置于溶解有主金屬鹽、還原劑、緩沖劑的水溶液中，加熱反應(yīng)得到金屬/碳纖維復(fù)合材料；所得金屬/碳纖維復(fù)合材料進行進一步電氧化后得到金屬基碳纖維復(fù)合電極。然后以金屬基碳纖維復(fù)合電極作為緯線，織物纖維做經(jīng)線，經(jīng)機織工藝進行編織制得編織型超級電容器。在不改變碳纖維作為柔性基底的前提下，對其進行化學(xué)鍍使表面金屬化，再利用電氧化在金屬鍍層上生長電極活性物質(zhì)。形成原位合成活性材料和導(dǎo)電增強材料的雜化結(jié)構(gòu)，更加利于提升金屬氫氧化物與電解質(zhì)離子傳輸之間反應(yīng)動力學(xué)，使得電極材料接觸電阻減小，提高材料的電化學(xué)性能。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及碳纖維復(fù)合電極技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬基碳纖維復(fù)合電極的制備方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用。
背景技術(shù)
為了實現(xiàn)柔性可穿戴電子設(shè)備的實用性，制備具有輕質(zhì)、小體積、高柔性的儲能器件迫在眉睫。與傳統(tǒng)的基于平面結(jié)構(gòu)的柔性能源存儲器件相比，基于纖維電極的超級電容器具有能夠?qū)崿F(xiàn)柔性可穿戴電子設(shè)備應(yīng)用的特點。除此之外，還可根據(jù)其可編織性和可裁剪性將纖維基超級電容器通過紡織技術(shù)編織成可穿戴的能量織物，而且便于完成大規(guī)模的成型工藝。因而，發(fā)展具有高能量密度的纖維超級電容器，對實現(xiàn)柔性可穿戴能源存儲具有深遠的意義。
碳材料是纖維電容器最常用的電極基底具有高比表面積、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性以及低成本等優(yōu)點；碳纖維(CF)質(zhì)輕、比強度高、比剛度高、可設(shè)計性強、安全穩(wěn)定性高，是理想的輕量化高性能材料，然而作為電極材料其應(yīng)用常受限于較低的電容量。
過渡金屬氫氧化物通過可逆法拉第氧化還原存儲/釋放電荷，具有較高的理論容量，作為一種高理論電容電極材料，近年來受到很多學(xué)者關(guān)注。研究表明，過渡金屬氫氧化物用于超級電容器的自支撐電極具有優(yōu)異的電容特性。如Ni(OH)2的理論質(zhì)量比容量為2585F g-1，是理想的高容量超級電容器電極材料；然而由于其比表面積小、自身導(dǎo)電性差、平均自由程短和層間離子擴散緩慢等問題，導(dǎo)致倍率性能差，嚴重阻礙了其高理論電容的實現(xiàn)，特別是在高充放電速率下的電容性能，從而限制了其應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種金屬基碳纖維復(fù)合電極的制備方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用，在不改變碳纖維作為柔性基底的前提下，對其進行化學(xué)鍍使表面金屬化，再利用電氧化在金屬鍍層上生長電極活性物質(zhì)。形成原位合成活性材料和導(dǎo)電增強材料的雜化結(jié)構(gòu)，更加利于提升金屬氫氧化物與電解質(zhì)離子傳輸之間反應(yīng)動力學(xué)，使得電極材料接觸電阻減小，提高材料的電化學(xué)性能。
本發(fā)明的技術(shù)方案之一，一種金屬基碳纖維復(fù)合電極的制備方法，包括以下步驟：
將經(jīng)過預(yù)處理及活化的碳纖維置于溶解有主金屬鹽、還原劑、緩沖劑的水溶液中，加熱反應(yīng)得到化學(xué)鍍后的金屬/碳纖維復(fù)合材料；所得金屬/碳纖維復(fù)合材料采用循環(huán)伏安法進行進一步電氧化后得到金屬基碳纖維復(fù)合電極。
進一步地，所述碳纖維的預(yù)處理及活化過程具體包括：
預(yù)處理：將碳纖維在乙醇中浸泡后晾干得預(yù)處理的碳纖維；
活化：將預(yù)處理的碳纖維在堿性硼氫化鈉溶液中浸漬后晾干，再置于活化液中反應(yīng)得預(yù)處理及活化的碳纖維。
進一步地，所述乙醇中浸泡時間為30min；
進一步地，所述堿性硼氫化鈉溶液中NaBH4濃度為0.2g/L,NaOH濃度為0.04g/L；碳纖維在堿性硼氫化鈉溶液中浸泡時間為30min；
進一步地，所述活化液中硫酸鎳濃度為0.1mol/L,次亞磷酸鈉為0.03mol/L,檸檬酸三鈉濃度為0.02mol/L,碳纖維在活化液中反應(yīng)時間為10min。
預(yù)處理的作用為去除碳纖維表面的雜質(zhì)和油污；
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