[發(fā)明專利]一種高柔性整體式納米碳纖維膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110756616.1
• 申請(qǐng)日: 2021-07-05
• 公開（公告）號(hào): CN113470990B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李文翠;陳敬;陸安慧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G11/36
• 分類號(hào): H01G11/36;H01G11/86;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 大連格智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21238
• 代理人: 劉琦

本發(fā)明提供一種高柔性整體式納米碳纖維膜的制備方法，包括如下步驟：將焦炭粉末用濃硫酸和濃硝酸的混合酸液回流處理，經(jīng)洗滌、干燥得到氧化焦粉，以氧化焦粉為原料，PVB和/或PVP為助紡劑兼造孔劑，通過(guò)靜電紡絲、預(yù)氧化和炭化制得高柔性整體式納米碳纖維膜。該方法制備的納米碳纖維膜具有高柔韌性、整體式、比表面積可調(diào)，電導(dǎo)率高等特點(diǎn)。本發(fā)明以廉價(jià)易得的焦炭作為碳源生產(chǎn)柔性納米碳纖維膜，實(shí)現(xiàn)了焦炭的高值利用。與聚丙烯腈靜電紡絲制備納米碳纖維膜方法相比，該方法具有原料廉價(jià)易得、產(chǎn)品柔韌性好，比表面積高等優(yōu)點(diǎn)。該方法制備的高柔性整體式納米碳纖維膜可廣泛應(yīng)用于電化學(xué)儲(chǔ)能，吸附分離、催化等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于納米碳材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高柔性整體式納米碳纖維膜的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著科技和社會(huì)的發(fā)展，柔性電子產(chǎn)品、如柔性顯示器、智能衣物、電子皮膚，可植入醫(yī)療設(shè)備等，已開始在生產(chǎn)生活中大量應(yīng)用。為了給這些設(shè)備提供能量，就需要開發(fā)同樣具有柔性的儲(chǔ)能設(shè)備。為了適應(yīng)柔性電子設(shè)備的使用場(chǎng)景，柔性儲(chǔ)能器件需要在受到外力作用所造成的機(jī)械變形，乃至動(dòng)態(tài)變形等極端條件下，仍然可以保證對(duì)電子產(chǎn)品持續(xù)穩(wěn)定的能量供應(yīng)，同時(shí)還必須具有高的安全性和可靠性，高的功率密度和能量密度以及較長(zhǎng)的循環(huán)壽命等基本性能。作為柔性儲(chǔ)能器件中的一種，柔性超級(jí)電容器具有機(jī)械柔性好、功率密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性高、電極材料和器件結(jié)構(gòu)多樣化等優(yōu)點(diǎn)，在小型柔性電子產(chǎn)品中有著巨大的應(yīng)用前景。但是，柔性超級(jí)電容器本身的能量密度低，制備成本高，限制了它的大規(guī)模推廣和使用。而柔性超級(jí)電容器的電化學(xué)性能主要由柔性電極來(lái)決定，因此，設(shè)計(jì)開發(fā)具有高性能低成本的柔性電極尤為重要。

納米碳纖維材料由于具有柔韌性優(yōu)異，比表面積大，導(dǎo)電性好等特性，被認(rèn)為是最適合制備柔性電極的材料之一。目前制備柔性納米碳纖維電極材料主要是以聚丙烯腈為前驅(qū)體，通過(guò)靜電紡絲，預(yù)氧化，炭化等工藝后得到柔性納米碳纖維膜。但由于聚丙烯腈原料成本較高，柔性不佳，一定程度上限制了納米碳纖維在柔性電極中的應(yīng)用。

石油焦是原油煉制過(guò)程中產(chǎn)生的一種副產(chǎn)品，主要由稠環(huán)芳烴、長(zhǎng)鏈脂肪縮聚物、少量低分子有機(jī)物以及微量的無(wú)機(jī)物組成。隨著世界范圍內(nèi)原油產(chǎn)量的增加和原油的重質(zhì)化，石油焦的產(chǎn)量急劇增加，如何合理，有效的利用石油焦成為了迫切需要解決的問(wèn)題。

煤炭是古代植物埋藏在地下經(jīng)歷了復(fù)雜的生物化學(xué)和物理化學(xué)變化逐漸形成的固體可燃性礦物，是天然的碳材料，含碳量在60-90％之間。煤炭資源目前主要的利用形式是將其直接燃燒用來(lái)發(fā)電，經(jīng)濟(jì)效益較低。以煤炭為原料制備高性能碳材料具有原料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、產(chǎn)品附加值高等優(yōu)點(diǎn)，是一種高效利用煤炭資源的新途徑。

發(fā)明內(nèi)容：

為解決目前柔性納米碳纖維膜電極材料原料成本高、柔韌性不佳、導(dǎo)電性差及焦炭的增值利用等問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種以焦炭為前驅(qū)體制備柔性納米碳纖維膜電極材料的方法。該方法原料廉價(jià)易得，同時(shí)制備得到的柔性納米碳纖維膜具有柔韌性優(yōu)異、比表面積大、導(dǎo)電性好等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種高柔性整體式納米碳纖維膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)、將焦炭粉碎，篩分后得到焦炭粉末；

(2)、將焦炭粉末用濃硫酸和濃硝酸的混合酸液(混酸)在水浴中回流處理；

(3)、將用混酸處理過(guò)的焦炭粉末水洗到中性，干燥后得到氧化焦粉；

(4)、將氧化焦粉和助紡劑溶于溶劑中，得到靜電紡絲溶液；所述助紡劑為聚乙烯縮丁醛(PVB)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的至少一種；

(5)、將配制好的靜電紡絲溶液，通過(guò)靜電紡絲技術(shù)制備得到焦基納米纖維膜；

(6)、將焦基納米纖維膜先后經(jīng)過(guò)預(yù)氧化、炭化過(guò)程，得到柔性焦基納米碳纖維膜。