CN104617253A - 一种硫复合电极的制备方法 - Google Patents

一种硫复合电极的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104617253A
CN104617253A CN201510053470.9A CN201510053470A CN104617253A CN 104617253 A CN104617253 A CN 104617253A CN 201510053470 A CN201510053470 A CN 201510053470A CN 104617253 A CN104617253 A CN 104617253A
Authority
CN
China
Prior art keywords
combination electrode
sodium
preparation
electrode
aqueous solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510053470.9A
Other languages
English (en)
Inventor
王慧远
杨治政
卢纶
钟晓斌
姜启川
王金国
刘国军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN201510053470.9A priority Critical patent/CN104617253A/zh
Publication of CN104617253A publication Critical patent/CN104617253A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D9/00—Electrolytic coating other than with metals
    • C25D9/04—Electrolytic coating other than with metals with inorganic materials
    • C25D9/06—Electrolytic coating other than with metals with inorganic materials by anodic processes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)

Abstract

本发明公开了一种硫复合电极的制备方法，属于先进复合电极的制备方法技术领域。制备方法以碳纤维纸为基体，选用硫化钠和氢氧化钠为反应物，包括以下步骤：(1)配置0.02-0.8摩尔每升的硫化钠水溶液和氢氧化钠水溶液，其中硫化钠和氢氧化钠的摩尔浓度比为1:2；(2)将硫化钠溶液和氢氧化钠溶液分别置于电解槽的阳极室和阴极室，且用阳离子交换膜将两者隔开；(3)将碳纤维纸作为基体粘贴到石墨电极上作为阳极，同样尺寸的石墨电极作为阴极，通恒定电压，最后经过冲洗、干燥后获得由单质硫镀层包覆的碳纤维复合电极。该方法不仅可以制得包覆均匀、产物形貌可控的硫复合电极，而且具有生产工艺简单、绿色、成本低等特点。

Description

一种硫复合电极的制备方法
技术领域
本发明涉及一种硫复合电极的制备方法，特别是涉及一种利用硫化物的电化学氧化，将单质硫包覆在碳复合电极表面的方法，属于先进复合电极的制备方法技术领域。
背景技术
随着社会和经济的发展，人们对新型储能设备提出了越来越高的要求。目前，市场上常用的锂离子电池，由于具有较低的能量比密度，以及不能满足人们在电动车领域的需求。限制电池的能量密度的主要问题是电极材料，因此，人们需要从将现有的正负极材料替换成具有更高能量密度的电极材料。在近几十年的发展中，金属氧化物以及合金负极得到了长足的发展，目前主要的瓶颈是缺乏高能量密度的正极材料。单质S，具有2.8伏(Vs Li+)，且理论容量达到1680毫安时/克，是非常适合的电极材料。然而，单质S在充放电过程中会有体积膨胀，可溶性以及导电性差的缺点，从而限制了其具有较高的电化学性能。
目前，常用的对S电极改性的方法是材料复合化以及制备纳米尺寸的电极材料。其中，复合改性具有更好的应用前景。但是目前的改性方法大部分都不适合大规模生产，而且需要进行精确的控制。因此，发展制备具有简易且性能优秀的复合方法具有很高的研究意义。硫化钠的电化学沉积在产业化的脱硫方面具有很重要的作用，如果将其产物进一步应用与锂离子电池，将具有更好的经济效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种硫复合电极的制备方法，该方法具有步骤简单成本低、形貌均匀、电化学性能优良等优点。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：硫化物通过电化学沉积形成单质硫，复合电极为硫球沉积在碳纤维表面；
上述硫复合电极的制备方法，选用硫化钠和氢氧化钠为反应物，碳纤维纸粘贴在石墨电极上作为阳极，通过电化学沉积，制备出表面附着单质硫镀层的复合电极；然后经过冲洗、干燥得到硫复合电极，具体制备步骤如下：
(1)配置0.02-0.8摩尔/升的硫化钠水溶液和氢氧化钠水溶液，其中硫化钠和氢氧化钠的摩尔浓度比为1:2；
(2)将硫化钠溶液和氢氧化钠溶液分别置于电解槽的阳极室和阴极室，且用阳离子交换膜将两者隔开，将碳纤维纸作为基体粘贴到石墨电极上作为阳极，同样尺寸的石墨电极作为阴极；
(3)通恒定电压1-10伏的直流电0.1-10小时，将碳纤维纸经过冲洗、干燥后，从石墨电极上取下即可得到硫复合电极；
所述的碳纤维纸基体可以用石墨烯纸、碳布和金属氧化物基板的一种替代，其复合电极的制备方法仍可适用；
所述的硫化钠和氢氧化钠为反应物可以为硫化钾和氢氧化钾替代，其复合电极的制备方法仍可适用；
所述的石墨电极可以用金及其合金电极或者铂及其合金电极中的一种替代，其复合电极的制备方法仍可适用；
所述的制备步骤1-3可以重复几次，且每重复一次复合电极表面就形成一层单质硫镀层；
所述的硫化钠溶液和氢氧化钠溶液可以向里添加表面活性剂，保持电解液的稳定性。
本发明具有以下优点：
1)本发明的反应机理是硫化物通过电化学沉积形成单质硫，复合电极为硫球沉积在碳纤维表面；
2)本发明通过电化学沉积使单质硫以微米球的形式沉积在碳纤维表面，使得两者之间接触紧密，可以更好的提高导电性；
3)本发明通过简单的恒定电压操作就可以完成单质硫的电化学沉积，具有工艺简单，成本低的优点。
4)本发明不需要特殊的化学试剂，工艺简单，绿色环保，并最终降低了制造成本和工艺复杂度。
附图说明
图1为本发明制备的硫复合电极的X射线衍射分析。
图2为本发明制备的硫复合电极的场发射电镜形貌。
图3为本发明制备的硫复合电极在前50次充放电曲线，电流密度为200毫安/克。
图4为本发明制备的硫复合电极的循环性能曲线，电流密度为600毫安/克。
具体实施方式
实施例一
(1)配置0.02-0.8摩尔/升的硫化钠水溶液和氢氧化钠水溶液，其中硫化钠和氢氧化钠的摩尔浓度比为1:2；
(2)将硫化钠溶液和氢氧化钠溶液分别置于电解槽的阳极室和阴极室，且用阳离子交换膜将两者隔开，将碳纤维纸作为基体粘贴到石墨电极上作为阳极，同样尺寸的石墨电极作为阴极；
(3)通恒定电压1-3伏的直流电0.5-8小时，将碳纤维纸经过冲洗、干燥后，从石墨电极上取下即可得到硫复合电极。
实施例二
(1)配置0.1-0.5摩尔/升的硫化钠水溶液和氢氧化钠水溶液，其中硫化钠和氢氧化钠的摩尔浓度比为1:2；
(2)将硫化钠溶液和氢氧化钠溶液分别置于电解槽的阳极室和阴极室，且用阳离子交换膜将两者隔开，将石墨烯纸作为基体粘贴到石墨电极上作为阳极，同样尺寸的石墨电极作为阴极；
(3)通恒定电压1-6伏的直流电1-8小时，将石墨烯纸经过冲洗、干燥后，从石墨电极上取下即可得到硫复合电极。
实施例三
(1)配置0.1-0.5摩尔/升的硫化钾水溶液和氢氧化钾水溶液，其中硫化钾和氢氧化钾的摩尔浓度比为1:2；
(2)将硫化钾和氢氧化钾溶液分别置于电解槽的阳极室和阴极室，且用阳离子交换膜将两者隔开，将碳纤维纸作为基体粘贴到石墨电极上作为阳极，同样尺寸的石墨电极作为阴极；
(3)通恒定电压1-6伏的直流电1-8小时，将碳纤维纸经过冲洗、干燥后，从石墨电极上取下即可得到硫复合电极。
实施例四
(1)配置0.02-0.8摩尔/升的硫化钠水溶液和氢氧化钠水溶液，其中硫化钠和氢氧化钠的摩尔浓度比为1:2；
(2)将硫化钠溶液和氢氧化钠溶液分别置于电解槽的阳极室和阴极室，且用阳离子交换膜将两者隔开，将碳纤维纸作为基体粘贴到石墨电极上作为阳极，同样尺寸的石墨电极作为阴极；
(3)通恒定电压1-3伏的直流电0.5-8小时，将碳纤维纸经过冲洗、干燥后，从石墨电极上取下即可得到硫复合电极；
(4)将硫复合电极通过石墨烯包覆可以获得石墨烯改性的复合电极。
实施例五
(1)配置0.02-0.8摩尔/升的硫化钠水溶液和氢氧化钠水溶液，其中硫化钠和氢氧化钠的摩尔浓度比为1:2；
(2)将硫化钠溶液和氢氧化钠溶液分别置于电解槽的阳极室和阴极室，且用阳离子交换膜将两者隔开，将碳纤维纸作为基体粘贴到石墨电极上作为阳极，同样尺寸的石墨电极作为阴极；
(3)通恒定电压1-3伏的直流电0.5-8小时，将碳纤维纸经过冲洗、干燥后，从石墨电极上取下即可得到硫复合电极；
(4)将硫复合电极通过镍磷合金包覆可以获得镍磷合金改性的复合电极。
以上仅仅是本发明的较佳实施例子，根据本发明的上述构思，本领域的熟练人员还可对此作出各种修改与改良，例如，工艺参数如水或有机溶剂的选择以及几种溶剂混合的比值、盐类的物质的量与活性物质的物质量的比等调整；操作条件如反应温度、反应时间的改变；后期石墨烯，无定形碳以及合金都材料的复合改性等。

Claims (10)

1.一种硫复合电极的制备方法，其特征在于：
该方法以碳纤维纸作为基体，选用硫化钠和氢氧化钠为反应物，碳纤维纸粘贴在石墨电极上作为阳极，通过电化学沉积在碳纤维表面形成单质硫的镀层，而不需要额外添加乙炔黑和粘结剂；然后经过冲洗、干燥得到硫复合电极，具体制备步骤如下：
(1)配置0.02-0.8摩尔/升的硫化钠水溶液和氢氧化钠水溶液，其中硫化钠和氢氧化钠的摩尔浓度比为1:2；
(2)将硫化钠溶液和氢氧化钠溶液分别置于电解槽的阳极室和阴极室，且用阳离子交换膜将两者隔开，将碳纤维纸作为基体粘贴到石墨电极上作为阳极，同样尺寸的石墨电极作为阴极；
(3)通恒定电压1-10伏的直流电0.1-10小时，将碳纤维纸经过冲洗、干燥后，从石墨电极上取下即可得到硫复合电极。
2.根据权利要求1所述的一种硫复合电极的制备方法，其特征在于：
所述碳纤维纸基体用石墨烯纸、碳布和金属氧化物基板中的一种替代，其复合电极的制备方法仍可适用。
3.根据权利要求1所述的一种硫复合电极的制备方法，其特征在于：
所述硫化钠和氢氧化钠用硫化钾和氢氧化钾替代，其复合电极的制备方法仍可适用。
4.根据权利要求1所述的一种硫复合电极的制备方法，其特征在于：
所述的石墨电极用金及其合金电极或者铂及其合金电极替代，其复合电极的制备方法仍可适用。
5.根据权利要求1所述的一种硫复合电极的制备方法，其特征在于：
所述的制备步骤(1)-(3)重复几次，且每重复一次复合电极表面就形成一层单质硫镀层。
6.根据权利要求1所述的一种硫复合电极的制备方法，其特征在于：
所述的硫化钠溶液和氢氧化钠溶液内添加表面活性剂，保持电解液的稳定性。
7.根据权利要求1所述的一种硫复合电极的制备方法，其特征在于：
配置0.02-0.8摩尔/升的硫化钠水溶液和氢氧化钠水溶液，通恒定电压1-3伏的直流电需0.5-8小时；配置0.1-0.5摩尔/升的硫化钠水溶液和氢氧化钠水溶液，通恒定电压1-6伏的直流电需1-8小时。
8.根据权利要求1所述的一种硫复合电极的制备方法，其特征在于：
配置0.02-0.8摩尔/升的硫化钠水溶液和氢氧化钠水溶液，通恒定电压1-3伏的直流电需0.5-8小时，将得到的硫复合电极通过石墨烯包覆获得石墨烯改性的复合电极。
9.根据权利要求1所述的一种硫复合电极的制备方法，其特征在于：
配置0.02-0.8摩尔/升的硫化钠水溶液和氢氧化钠水溶液，通恒定电压1-3伏的直流电需0.5-8小时，将得到的硫复合电极通过镍磷合金包覆获得镍磷合金改性的复合电极。
10.根据权利要求3所述的一种硫复合电极的制备方法，其特征在于：
配置0.1-0.5摩尔/升的硫化钾水溶液和氢氧化钾水溶液，通恒定电压1-6伏的直流电需1-8小时。
CN201510053470.9A 2015-02-02 2015-02-02 一种硫复合电极的制备方法 Pending CN104617253A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510053470.9A CN104617253A (zh) 2015-02-02 2015-02-02 一种硫复合电极的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510053470.9A CN104617253A (zh) 2015-02-02 2015-02-02 一种硫复合电极的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104617253A true CN104617253A (zh) 2015-05-13

Family

ID=53151606

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510053470.9A Pending CN104617253A (zh) 2015-02-02 2015-02-02 一种硫复合电极的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104617253A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106350848A (zh) * 2016-09-19 2017-01-25 上海应用技术大学 一种碳纤维表面沉积钼酸盐纳米材料的制备方法
CN106630019A (zh) * 2016-11-08 2017-05-10 太原理工大学 一种电控还原单质硫去除废水中重金属离子的方法
CN109904388A (zh) * 2019-03-07 2019-06-18 南京邮电大学 一种柔性线状阵列含硫电极的制备方法
CN112242510A (zh) * 2020-09-28 2021-01-19 乳源东阳光磁性材料有限公司 一种外延生长层和硫钠晶格改性富锂锰基正极材料的制备方法及应用
US11682792B2 (en) 2019-12-09 2023-06-20 Corning Incorporated Composite cathodes for solid-state lithium sulfur batteries and methods of manufacturing thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1910771A (zh) * 2004-01-14 2007-02-07 Kh化学有限公司 包括作为粘合剂的硫纳米粒子或金属纳米粒子的碳纳米管电极或碳纳米纤维电极及其制备工艺
CN103606649A (zh) * 2013-11-21 2014-02-26 浙江工业大学 一种硫/碳复合材料的电解制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1910771A (zh) * 2004-01-14 2007-02-07 Kh化学有限公司 包括作为粘合剂的硫纳米粒子或金属纳米粒子的碳纳米管电极或碳纳米纤维电极及其制备工艺
CN103606649A (zh) * 2013-11-21 2014-02-26 浙江工业大学 一种硫/碳复合材料的电解制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHI-ZHENG YANG，ET AL: "Assembling sulfur spheres on carbon fiber with graphene coated hybrid bulk electrodes for lithium sulfur batteries", 《RSC ADVANCES》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106350848A (zh) * 2016-09-19 2017-01-25 上海应用技术大学 一种碳纤维表面沉积钼酸盐纳米材料的制备方法
CN106350848B (zh) * 2016-09-19 2018-08-03 上海应用技术大学 一种碳纤维表面沉积钼酸盐纳米材料的制备方法
CN106630019A (zh) * 2016-11-08 2017-05-10 太原理工大学 一种电控还原单质硫去除废水中重金属离子的方法
CN106630019B (zh) * 2016-11-08 2018-03-09 太原理工大学 一种电控还原单质硫去除废水中重金属离子的方法
CN109904388A (zh) * 2019-03-07 2019-06-18 南京邮电大学 一种柔性线状阵列含硫电极的制备方法
CN109904388B (zh) * 2019-03-07 2021-11-26 南京邮电大学 一种柔性线状阵列含硫电极的制备方法
US11682792B2 (en) 2019-12-09 2023-06-20 Corning Incorporated Composite cathodes for solid-state lithium sulfur batteries and methods of manufacturing thereof
CN112242510A (zh) * 2020-09-28 2021-01-19 乳源东阳光磁性材料有限公司 一种外延生长层和硫钠晶格改性富锂锰基正极材料的制备方法及应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110756191B (zh) 一种绿色回收废弃钴酸锂电池制备CoPi催化剂的方法
CN104617253A (zh) 一种硫复合电极的制备方法
CN108767260A (zh) 一种碳包覆FeP中空纳米电极材料及其制备方法和应用
CN109546139A (zh) 一种金属硫化物/碳复合材料、制备方法及其在电池负极材料中的应用
CN108269698A (zh) 一种金属硫化物的电化学制备方法及其应用
CN103825011B (zh) 锂离子电池的锡和导电高分子复合负极材料膜的制备方法
JP2020024819A (ja) 水系亜鉛イオン電池用正極活物質
CN110042503A (zh) 一种MoSe2@C电纺中空纳米纤维及其制备方法和应用
CN111916709B (zh) 一种用于水系锌离子混合储能装置的电极材料的制备方法
CN111304679B (zh) 一种电化学离子提取法电解制备高纯六氟磷酸锂的装置和方法
CN106981650B (zh) 一种纳米级单质铋的制备方法
CN111769251A (zh) 金属电极的保护方法
CN113089020B (zh) Co(OH)2/FePO4光电极薄膜及其在光电化学水分解中的应用
CN113745476A (zh) 一种锰基锌离子电池正极材料及其制备方法和应用
CN112695198A (zh) 一种联合废旧磷酸铁锂正极材料回收和电化学制氢的方法
CN102163712B (zh) 一种锂硫电池的硫正极材料的制备方法
CN106784750A (zh) 一种TiO/C负极材料及其制备方法和应用
CN111192997A (zh) 活性炭负载氧化锡锂硫电池用隔膜及其制备方法与应用
CN110980698A (zh) 一种H1.07Ti1.73O4/rGO复合物钠离子电池负极材料的制备方法
CN108615616A (zh) 水热法合成泡沫镍基负载ZnCo2O4/ZnWO4复合材料及其应用
Rozario et al. Recycling of nickel from NiOOH/Ni (OH) 2 electrodes of spent Ni–Cd batteries
Liu et al. Preparation of ZnO/CC flexible materials for lithium-ion batteries by electrodeposition
Li et al. Boosting high-rate Zn-ion storage capability of α-MnO2 through Tri-ion co-intercalation
CN105958048B (zh) 一种两极同温同槽电解钴酸锂和金属钴的制备方法
WO2020154652A1 (en) Self-standing tin sulfide film for flexible batteries

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20150513