CN108232369A - 一种生物质衍生的集成式柔性电极及其制备方法 - Google Patents

一种生物质衍生的集成式柔性电极及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108232369A
CN108232369A CN201711499394.XA CN201711499394A CN108232369A CN 108232369 A CN108232369 A CN 108232369A CN 201711499394 A CN201711499394 A CN 201711499394A CN 108232369 A CN108232369 A CN 108232369A
Authority
CN
China
Prior art keywords
preparation
integrated form
flexible electrode
form flexible
carbonization
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
CN201711499394.XA
Other languages
English (en)
Inventor
宋慧宇
朱纯梁
陈锡龙
杜丽
廖世军
张晓娜
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.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
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 South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN201711499394.XA priority Critical patent/CN108232369A/zh
Publication of CN108232369A publication Critical patent/CN108232369A/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
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
    • H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32—Carbon-based
    • 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
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • 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
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • 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
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/96—Carbon-based electrodes
    • 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

Abstract

本发明公开了一种生物质衍生的集成式柔性电极及其制备方法。该制备方法将生物质原料粉碎、成型预处理后，碳化，得到柔性碳集流体，即所述生物质衍生的集成式柔性电极；将制备的集成式柔性电极进一步修饰，得到修饰后的集成式柔性电极。本发明制备方法选用具有孔结构的天然生物质为原料，利用其特殊中空结构为基础，有效保证了电极的气体传输、液体存储以及离子电子传导；本发明制备方法中，预成型的制备方式使集成式柔性电极的形貌、大小和厚薄可调，并可有效简化工序。

Description

一种生物质衍生的集成式柔性电极及其制备方法
技术领域
本发明涉及集成式柔性电极材料技术领域，具体涉及一种生物质衍生的集成式柔性电极及其制备方法。
背景技术
金属空气电池作为新型的能源存储体系，因为其理论存储能量比锂离子电池高5-10倍，被认为是未来的动力电池而引起人们的关注。随着新能源技术的快速发展，金属空气电池近期有大量研究成果被报道，但是在实现应用前仍存在许多挑战，如：循环稳定性差、能量效率低、电解液不稳定、金属负极不稳定、正极结构不稳定、阴极的活性物质载量低、催化层太薄等问题。解决以上问题的重点在于阴极空气电极的整体设计和催化剂选择上。目前主要的研究是关于催化剂设计，而合适的电极结构能极大地促进催化剂的催化效果和提高电池整体的性能。
目前金属空气电池阴极通常是由集流体、气体扩散层以及催化剂(主要负载在碳材料上)三部分构成，这三部分分别设计制成后再进行组装，各个部分的性能直接影响电池的总体性能。若能实现集流体、扩散层、催化剂的集成，不仅能提高空气阴极的稳定性，也能显著提高阴极的体积效率。设计三维功能化空气电极能有效提高阴极空间利用率和增大催化剂载量，提高面积能量密度或体积能量密度，对金属空气电池的实际应用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种生物质衍生的集成式柔性电极。该集成式柔性电极作为锂空气电池阴极时，表现出较好的气体传输、电解液存储和电子传导性能，且有着厚度可调、柔韧度好以及可再生的特点。
本发明的目的还在于提供制备所述的一种生物质衍生的集成式柔性电极的方法。该制备方法操作简单，成本低廉。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
一种生物质衍生的集成式柔性电极的制备方法，包括如下步骤：
将生物质原料粉碎、成型预处理后，碳化，得到柔性碳集流体，即所述生物质衍生的集成式柔性电极。
进一步地，所述生物质原料为天然纤维，包括木材、灌木、竹子、甘蔗渣、麻杆芯、稻草、麦草、玉米杆、棉、木棉、麻、羊绒、羊毛、香蒲绒或鸭绒。
进一步地，所述成型预处理包括编织、纺织、压制或切割。
进一步地，所述碳化包括水热碳化或热解碳化。
进一步优化的，所述水热碳化为：温度150～350℃、压力15～30MPa水热条件下反应0.5～24h。
进一步优化的，所述热解碳化为：先进行低温碳化后再进行高温碳化，或直接进行高温碳化。
更进一步优化的，所述低温碳化是在温度200～400℃碳化2～20h。
更进一步优化的，所述高温碳化是在惰性气体保护下，温度为600～1200℃高温碳化1～20h。
再进一步优化的，所述惰性气体包括氮气或氩气。
进一步地，将制备的集成式柔性电极进一步修饰，得到修饰后的集成式柔性电极；所述修饰包括活化、掺杂和负载中的一种以上。
进一步优化的，所述活化包括物理活化和化学活化中的一种或两种。
更进一步优化的，所述物理活化为：在包括空气、氧气、二氧化碳或水蒸气的气体气氛中，200～1200℃下活化1～20h。
更进一步优化的，所述化学活化为：采用包括碱金属或碱土金属的氢氧化物、碱金属或碱土金属的碳酸盐、磷酸盐、强酸或ZnCl2的活化试剂，在200～1000℃下活化0.5～20h。
进一步优化的，所述掺杂为：采用包括NH3、三聚氰胺、尿素、单质磷、单质硫和硼酸中的一种以上前驱体化合物，与制备的集成式柔性电极混合后，在600～1200℃下处理0.25～20h，在制备的集成式柔性电极中掺杂包括N、P、S和B中的一种以上元素。
进一步优化的，所述负载是将制备的集成式柔性电极浸渍贵金属离子及过渡金属离子中的一种以上的离子前驱体溶液后，再用NaBH4溶液将金属离子还原为单质，负载包括贵金属及过渡金属中的一种以上，负载质量分数为1～40wt％。
更进一步优化的，所述贵金属包括Au、Ag、Pd、Pt、Ru或Ir。
更进一步优化的，所述过渡金属包括Fe、Co、Ni、Ce、Zr、In或Sn。
由上述任一项所述的制备方法制得的一种生物质衍生的集成式柔性电极。
所述的一种生物质衍生的集成式柔性电极可作为集成式柔性一体化空气电极应用于金属空气电池，或作为载体应用于活泼金属的保护和金属硫电池中正极材料硫的存储，或作为吸附材料应用于污染物、贵金属的吸附与富集等化工或环保领域。
所述的一种生物质衍生的集成式柔性电极可应用于包括金属空气电池、金属硫电池、超级电容器、锂离子电池的能量转换系统或金属保护中，作为锂空气电池阴极时，表现出较好的气体传输、电解液存储和电子传导性能。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明的生物质衍生的集成式柔性电极的内部具有5～20μm孔道，孔道管壁上经活化后具有大量微孔结构，预成型工艺使集成式柔性电极的形貌、大小和厚薄可调，并可有效简化工序，同时使电极具有较高的强度和韧性，且避免了粘结剂的使用；
(2)本发明制备方法选用具有孔结构的天然生物质为原料，利用其特殊中空结构为基础，有效保证了电极的气体传输、液体存储以及离子电子传导；
(3)本发明的生物质衍生的集成式柔性电极性能优异，作为锂空气电池阴极时，表现出较好的气体传输和电子传导性能；
(4)本发明的制备方法简单高效，成本低廉，制备的集成式柔性电极厚度可调，适用于工业化大规模生产，具有较好的应用前景。
附图说明
图1为具体实施方式生物质衍生集成式柔性电极的微观示意图；
图2为实施例1中制备的生物质集成式柔性碳集流体的组成二氧化碳活化木棉碳纤维的SEM图；
图3为实施例1中制备的二氧化碳活化的生物质集成式柔性碳集流体的局部SEM图；
图4为实施例1中制备的生物质衍生的集成式柔性电极作为锂空气电池的空气阴极的充放电曲线图。
具体实施方式
为了更好理解本发明，以下结合具体实施例及附图对本发明技术方案作进一步详细的描述，但本发明的保护范围及实施方式不限于此。
具体实施例中，本发明生物质衍生集成式柔性电极的微观示意图如图1所示，天然纤维相互交织形成整体，通过碳化可得到集成式柔性电极，进一步修饰后可提高柔性电极催化性能。
实施例1
生物质衍生的集成式柔性电极的制备，具体包括如下步骤：
取用木棉纤维300mg，均匀铺成4*8cm2薄层，放入280℃马弗炉中保温4h，然后在氩气保护下850℃碳化4h，再在二氧化碳中750℃活化5h，自然冷却后，得到二氧化碳活化柔性碳集流体，得到生物质衍生的二氧化碳活化的集成式柔性电极。
制备的集成式柔性电极结构完整，有很好的柔韧性，厚度为300μm，弯曲曲率半径可小于2mm，裁出直径为7mm的圆片可作为电极。
制备的集成式柔性电极由中空的二氧化碳活化木棉碳纤维相互交织组成，透明的活化木棉碳纤维发生弯曲并向中间塌陷，中间的大孔道直径为7μm，SEM图如图2所示；活化木棉碳纤维的局部放大结构的SEM图如图3所示，活化木棉碳纤维的管壁很薄，约为100nm，管壁结构完整并分布有大量活化介孔，通过二氧化碳活化后生成的大量的微孔、介孔结构，有效增大比表面积和形成微孔效应。
将制备的集成式柔性电极组装成空气电池测试其电学性能：将上述圆片作为空气电极，以金属锂片为对电极，Celgard 2320为隔膜，1.0mol L-1LiTFSI(双三氟甲烷磺酰亚胺锂)TEGDME(四乙二醇二甲醚)为电解液，在手套箱中组装成电池，在高纯氧气中测试充放电性能，测试仪器为新威CT-3008W-5V-S4。
制备的生物质衍生的集成式柔性电极作为锂空气电池的空气阴极的充放电曲线图如图4所示，由图4可知，恒流充放电测试结果表明在128mA g-1电流密度下，柔性电极组装的锂空气电池首次放电比容量为5193mAh g-1(按整个柔性电极质量计算)，充电过程中前1000mAh g-1的充电电压在3.5V以下。
实施例2
生物质衍生的集成式柔性电极的制备，具体包括如下步骤：
取用木棉纤维500mg，均匀铺成4*8em2薄层，放入240℃马弗炉中保温8h，然后在氮气气体保护下800℃碳化4h，自然冷却后，得到柔性碳集流体，即所述生物质衍生的集成式柔性电极。
制备的集成式柔性电极结构完整，有很好的柔韧性和机械强度，厚度为600μm，能弯曲180°，弯曲曲率半径可小于2mm；基本的组成单元木棉纤维经碳化后整体结构完整，管壁向中间塌陷变扁，中间的孔道直径分布在5～15μm。
实施例3
将实施例1的二氧化碳活化的集成式柔性电极和实施例2制备的生物质衍生的集成式柔性电极在950℃下通氨气15min，自然冷却后，分别得到氮掺杂的集成式柔性电极和氮掺杂的二氧化碳活化的集成式柔性电极。
制备的集成式柔性电极结构完整，有很好的柔韧性和机械强度，可弯曲180°，其中有大量的微孔、介孔结构；同时，氮元素掺杂有利于碳材料电荷分布，有利于进一步修饰的纳米金属粒子的分散和反应物的吸附。
实施例4
将实施例3制备的氮掺杂的集成式柔性电极和氮掺杂的二氧化碳活化的集成式柔性电极分别浸渍在5mg mL-1Ru3+溶液中，取出后，备用；
(1)分别向取出后的电极上滴加0.01mol L-1NaBH4溶液，待无气泡产生后抽滤、水洗、干燥，得到纳米钌修饰的氮掺杂柔性氮掺杂的集成式柔性电极，以及纳米钌修饰的氮掺杂的二氧化碳活化的集成式柔性电极。
(2)分别向取出后的电极上滴加0.001mol L-1NaOH溶液，经抽滤、洗涤、干燥后，得到纳米二氧化钌修饰的氮掺杂柔性氮掺杂的集成式柔性电极，以及纳米二氧化钌修饰的氮掺杂的二氧化碳活化的集成式柔性电极。
修饰纳米钌和二氧化钌后的各集成式柔性电极整体结构没有任何变化，依旧保持着完整的形貌和柔韧性，能弯曲180°，弯曲曲率半径可小于2mm。
实施例5
在惰性气氛下，将实施例1～3中制备的集成式柔性电极分别浸泡在熔融的锂、钠、钾金属中，取出、冷却后，得到碱金属柔性复合电极；或将柔性碳集流体与锂、钠、钾金属组成半电池，通过电沉积的方式将碱金属嵌入碳集流体中，制备得到碱金属柔性复合电极。
熔融浸泡法制备的碱金属柔性复合电极厚度与制备的集成式柔性电极保持一致，锂、钠、钾金属通过浸渍不仅填充到木棉碳纤维壁上的孔道里，也填充到木棉碳纤维的中间孔道中，和木棉碳纤维之间的空隙里；通过电沉积的方式制备的碱金属柔性复合电极碱金属在木棉碳纤维壁上生长堆积。由于集成式柔性电极拥有中空度大、孔隙率高、导电性好的特点，能很好的进行碱金属的存储和多核生长，有利于提高碱金属柔性复合电极的性能。
实施例6
将实施例1～3中制备的集成式柔性分别标记为AC、C、N-AC、N-C，将四种柔性碳集流体与单质硫按质量比1∶3混合并155℃密封加热2h，制备出AC/S、C/S、N-AC/S、N-C/S四种集成式柔性载硫碳电极。
四种集成式柔性载硫碳电极成功制备，由于集成式柔性电极拥有中空度大、孔隙率高、导电性好的特点，有效提高了硫的载量以及硫复合电极的导电性，并有效解决放电后多硫化物体积膨胀问题。
实施例7
生物质衍生的集成式柔性电极的制备，具体包括如下步骤：
(1)取用木棉纤维2g，放入马弗炉中200℃保温20h，然后在氮气保护下600℃保温20h，自然冷却后，得到碳化木棉纤维；
(2)将所得碳化木棉纤维在水中分散，经抽滤定型，得到生物质衍生的集成式柔性电极。
通过先碳化后定型的方式，制备的集成式柔性电极与实施例1制备的集成式柔性电极有着同样完整的结构和很好的柔韧性，有利于进行更简便高效的大批量生产制备。
实施例8
生物质衍生的集成式柔性电极的制备，具体包括如下步骤：
(1)取用木棉纤维6g，在400℃下保温2h，冷却后在氩气保护下1200℃保温1h，自然冷却后，得到柔性碳管纤维，记为样品1；
(2)将样品1置于600℃下通二氧化碳20h，得到二氧化碳活化的柔性碳管纤维，记为样品2；
(3)将样品2与三聚氰胺按照1∶5质量比混合，在600℃氩气保护下煅烧10h，自然冷却后，得到氮掺杂二氧化碳活化的柔性碳管纤维记为样品3；
(4)将样品1～3三种柔性碳管纤维分别分散在水中，通过冷冻真空干燥后分别得到成型的集成式柔性电极、二氧化碳活化的集成式柔性电极和氮掺杂二氧化碳活化的集成式柔性电极。
制备的集成式柔性电极结构完整，有很好的柔韧性，厚度为2mm，可弯180°，弯曲曲率半径可小于2mm；通过二氧化碳活化过程能生成大量的微孔介孔结构，孔道直径为10～13μm，有效增大比表面积和形成微孔效应；氮元素掺杂有利于碳材料电荷分布，有利于反应物的吸附。
实施例9
生物质衍生的集成式柔性电极的制备，具体包括如下步骤：
取用棉纤维1g，均匀铺成薄层，240℃保温10h后，在氮气保护下750℃碳化6h，自然冷却后，得到柔性碳集流体，即生物质衍生的集成式柔性电极。
制备的集成式柔性电极结构完整，有很好的柔韧性，厚度为2mm，可弯180°，弯曲曲率半径可小于2mm。
实施例10
生物质衍生的集成式柔性电极的制备，具体包括如下步骤：
取用木棉纤维1g，均匀铺成薄层，300℃保温2h，再在氩气保护下950℃碳化15h，自然冷却后，得到柔性碳集流体，即生物质衍生的集成式柔性电极。
制备的集成式柔性电极结构完整，有很好的柔韧性，厚度为3mm，可弯180°，弯曲曲率半径可小于2mm，中间孔道直径为8～16μm。
实施例11
生物质衍生的集成式柔性电极的制备，具体包括如下步骤：
取用麻纤维1g，均匀铺成薄层，200℃保温6h，再在氮气保护下1000℃碳化6h，自然冷却后，得到柔性碳集流体，放入1200℃管式炉中，通二氧化碳活化1h，自然冷却后，得到二氧化碳活化的集成式柔性电极。
制备的集成式柔性电极结构完整，有很好的柔韧性，厚度为1mm，可弯180°，弯曲曲率半径可小于2mm。
实施例12
生物质衍生的集成式柔性电极的制备，具体包括如下步骤：
取用羊毛、羊绒和香蒲绒纤维各1g，均匀铺成薄层，300℃保温6h，再在氮气保护下1000℃碳化12h，自然冷却后，得到柔性碳集流体；将所得柔性碳集流体与KOH按3∶1质量比混合，在氮气保护下800℃活化6h，自然冷却后，得到KOH活化的集成式柔性电极。
制备的KOH活化的集成式柔性电极结构完整，有很好的柔韧性，厚度为2mm，可弯180°，弯曲曲率半径可小于2mm，KOH活化生成大量的微孔、介孔结构，有效增大比表面积和形成微孔效应。
实施例13
生物质衍生的集成式柔性电极的制备，具体包括如下步骤：
取用棉、麻、羊绒以及香蒲绒纤维各1g，均匀铺成薄层，直接氩气保护下1000℃碳化12h，自然冷却后，得到柔性碳集流体，再在350℃下空气中活化10h，自然冷却后，得到空气活化的集成式柔性电极。
制备的集成式柔性电极结构完整，有很好的柔韧性，厚度为500μm，可弯180°，弯曲曲率半径可小于2mm，通过空气活化过程能生成大量的微孔介孔结构，有效增大比表面积和形成微孔效应。
实施例14
生物质衍生的集成式柔性电极的制备，具体包括如下步骤：
取用棉、木棉、麻、羊绒以及香蒲绒纤维各1g，直接氮气保护下1200℃碳化20h，自然冷却后，与乙醇的水溶液(乙醇和水的体积比为1∶1)混合，旋涂在玻璃板上，干燥后得到集成式柔性电极。
制备的集成式柔性电极结构完整，有很好的柔韧性，厚度为100μm，可弯180°，弯曲曲率半径可小于1mm，先制备好材料再进行结构构造能有效提高生产规模。
实施例15
生物质衍生的集成式柔性电极的制备，具体包括如下步骤：
取用棉、木棉、麻、羊绒以及香蒲绒纤维各1g，直接氮气保护下1200℃碳化1h，在300℃空气中活化5h，自然冷却后，与乙醇的水溶液(乙醇和水的体积比为2∶1)混合，抽滤并干燥后，得到空气活化的集成式柔性电极。
制备的集成式柔性电极结构完整，有很好的柔韧性，厚度为2mm，可弯180°，弯曲曲率半径可小于3mm。
实施例16
生物质衍生的集成式柔性电极的制备，具体包括如下步骤：
取用棉、木棉、麻、羊绒以及香蒲绒纤维各1g，直接氨气下1000℃热处理5h，自然冷却后，与乙醇的水溶液(乙醇和水的体积比为1∶2)混合，通过喷涂至不锈钢板上干燥，得到氮掺杂的集成式柔性电极。
制备的集成式柔性电极结构完整，有很好的柔韧性，厚度为1mm，可弯180°，弯曲曲率半径可小于2mm。
实施例17
生物质衍生的集成式柔性电极的制备，具体包括如下步骤：
取用甘蔗渣以及秸秆各3g，400℃保温6h，再在氮气保护下600℃碳化20h，自然冷却后，加水20mL辊压并干燥后，得到柔性碳集流体，再在空气中加热至400℃活化1h，自然冷却后，得到空气活化的集成式柔性电极。
制备的集成式柔性电极结构完整，有很好的柔韧性，厚度为1mm，可弯180°，弯曲曲率半径可小于4mm，通过空气活化过程能生成大量的微孔、介孔结构，有效增大比表面积和形成微孔效应。
实施例18
生物质衍生的集成式柔性电极的制备，具体包括如下步骤：
取用甘蔗渣以及秸秆各3g，280℃空气中保温10h，再在氩气保护下800℃碳化20h，空气中马弗炉300℃活化20h，自然冷却后分散在水中，通过抽滤、挤压以及喷涂定型，分别得到空气活化的集成式柔性电极。
制备的集成式柔性电极结构完整，有很好的柔韧性，厚度为1mm，可弯180°，弯曲曲率半径可小于4mm，通过空气活化过程能生成大量的微孔介孔结构，有效增大比表面积和形成微孔效应。
实施例19
生物质衍生的集成式柔性电极的制备，具体包括如下步骤：
取用甘蔗渣以及秸秆各3g，切割、磨浆，在200℃、20MPa条件下水热6h，过滤干燥，空气中马弗炉400℃活化8h，自然冷却后分散在水中，通过抽滤得到空气活化的集成式柔性电极。
制备的集成式柔性电极结构完整，有很好的柔韧性，厚度为500μm，可弯180°，弯曲曲率半径可小于1mm，通过空气活化过程能生成大量的微孔、介孔结构，孔道直径分布在＜2nm，30nm，130nm，有效增大比表面积和形成微孔效应.
实施例20
生物质衍生的集成式柔性电极的制备，具体包括如下步骤：
取用甘蔗渣以及秸秆各3g，按材料与(NH4)HPO4质量比1∶3浸泡在30wt％(NH4)HPO4溶液中10h后干燥，氮气保护下700℃碳化活化6h，自然冷却后分散在水中清洗，抽滤、干燥，得到掺杂活化的集成式柔性电极。
制备的集成式柔性电极结构完整，有很好的柔韧性，厚度为1mm，可弯180°，弯曲曲率半径可小于4mm，通过空气活化过程能生成大量的微孔、介孔结构，有效增大比表面积和形成微孔效应。
以上实施例仅为本发明较优的实施方式，仅用于解释本发明，而非限制本发明，本领域技术人员在未脱离本发明精神实质与原理下所作的任何改变、替换、组合、简化、修饰等，均应为等效的置换方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种生物质衍生的集成式柔性电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将生物质原料粉碎、成型预处理后，碳化，得到柔性碳集流体，即所述生物质衍生的集成式柔性电极。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物质原料为天然纤维，包括木材、灌木、竹子、甘蔗渣、麻杆芯、稻草、麦草、玉米杆、棉、木棉、麻、羊绒、羊毛、香蒲绒或鸭绒；所述成型预处理包括编织、纺织、压制或切割。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳化包括水热碳化或热解碳化。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述水热碳化为：温度150～350℃、压力15～30MPa水热条件下反应0.5～24h。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述热解碳化为：先进行低温碳化后再进行高温碳化，或直接进行高温碳化；所述低温碳化是在温度200～400℃碳化2～20h；所述高温碳化是在惰性气体保护下，温度600～1200℃碳化1～20h；所述惰性气体包括氮气或氩气。
6.根据权利要求1～5任一项所述的制备方法，其特征在于，将制备的集成式柔性电极进一步修饰，得到修饰后的集成式柔性电极；所述修饰包括活化、掺杂和负载中的一种以上。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述活化包括物理活化和化学活化中的一种或两种；
所述物理活化为：在包括空气、氧气、二氧化碳或水蒸气的气体气氛中，200～1200℃下活化1～20h；
所述化学活化为：采用包括碱金属或碱土金属的氢氧化物、碱金属或碱土金属的碳酸盐、磷酸盐、强酸或ZnCl2的活化试剂，在200～1000℃下活化0.5～20h。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述掺杂为：采用包括NH3、三聚氰胺、尿素、单质磷、单质硫和硼酸中的一种以上前驱体化合物，与制备的集成式柔性电极混合后，在600～1200℃下处理0.25～20h，在制备的集成式柔性电极中掺杂包括N、P、S和B中的一种以上元素。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述负载是将制备的集成式柔性电极浸渍贵金属离子及过渡金属离子中的一种以上的离子前驱体溶液后，再用NaBH4溶液将金属离子还原为单质，负载包括贵金属及过渡金属中的一种以上，负载质量分数为1～40wt％；所述贵金属包括Au、Ag、Pd、Pt、Ru或Ir；所述过渡金属包括Fe、Co、Ni、Ce、Zr、In或Sn。
10.由权利要求1～9任一项所述的制备方法制得的一种生物质衍生的集成式柔性电极。
CN201711499394.XA 2017-12-29 2017-12-29 一种生物质衍生的集成式柔性电极及其制备方法 Pending CN108232369A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711499394.XA CN108232369A (zh) 2017-12-29 2017-12-29 一种生物质衍生的集成式柔性电极及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711499394.XA CN108232369A (zh) 2017-12-29 2017-12-29 一种生物质衍生的集成式柔性电极及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108232369A true CN108232369A (zh) 2018-06-29

Family

ID=62645026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711499394.XA Pending CN108232369A (zh) 2017-12-29 2017-12-29 一种生物质衍生的集成式柔性电极及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108232369A (zh)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109133029A (zh) * 2018-09-07 2019-01-04 江苏超电新能源科技发展有限公司 一种锂离子电池负极材料的制备方法及其制备的锂离子电池
CN109244413A (zh) * 2018-09-21 2019-01-18 合肥工业大学 一种基于多孔生物质碳的硫正极复合材料及其制备方法
CN109659144A (zh) * 2018-12-06 2019-04-19 桂林理工大学 一种利用甘蔗渣制备高压水系超级电容器电极材料的方法
CN109704307A (zh) * 2019-01-30 2019-05-03 河南工程学院 一种基于胖大海渣的硫掺杂多孔碳的制备及其应用
CN109802151A (zh) * 2018-12-14 2019-05-24 华南理工大学 一种碳纳米颗粒修饰的氮掺杂3d多孔碳材料及其制备与应用
CN110854395A (zh) * 2019-11-28 2020-02-28 中国科学技术大学 一种氮掺杂多孔生物质碳的制备方法及其应用
CN111211301A (zh) * 2020-01-10 2020-05-29 上海工程技术大学 柔性有机化合物/生物质炭纤维复合材料及其制备方法
CN111599601A (zh) * 2020-05-26 2020-08-28 陕西科技大学 一种锂-钠离子复合多孔碳基材料及其制备方法和应用
CN111613799A (zh) * 2020-06-04 2020-09-01 武汉理工大学 一种基于废弃生物质能制备锌空气电池正极的制备方法
CN111628251A (zh) * 2020-06-04 2020-09-04 武汉理工大学 一种利用废弃生物质制备锌空气电池电极骨架的方法
CN112117517A (zh) * 2020-09-01 2020-12-22 威海广泰空港设备股份有限公司 一种用于电动旅客登机梯的柔性锌空气电池及制备方法
CN114737279A (zh) * 2022-03-25 2022-07-12 北京科技大学 一种生物质中空碳纤维及其制备方法、电极材料、电池
CN115262219A (zh) * 2022-08-03 2022-11-01 武汉纺织大学 一种纳米金改性木棉纤维膜及其制备方法和应用
CN115387124A (zh) * 2022-08-30 2022-11-25 武汉纺织大学 一种基于碳化香蒲的柔性压力传感器及其制作方法
CN116759582A (zh) * 2023-08-22 2023-09-15 大秦数字能源技术股份有限公司 一种自支撑棉花生物质碳负载红磷钠离子电池负极材料及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104386685A (zh) * 2014-10-22 2015-03-04 北京化工大学 一种由富氮生物质原料制备氮掺杂活性炭的方法
CN104766943A (zh) * 2015-03-27 2015-07-08 中国科学院金属研究所 一种高能量密度的锂硫电池电极的制备方法及应用
CN107123550A (zh) * 2017-05-16 2017-09-01 郭家林 一种鸡蛋壳衍生三维蜂窝状碳材料的制备方法
CN107221454A (zh) * 2017-06-08 2017-09-29 陕西师范大学 一种基于多孔碳纤维布的全固态柔性超级电容器及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104386685A (zh) * 2014-10-22 2015-03-04 北京化工大学 一种由富氮生物质原料制备氮掺杂活性炭的方法
CN104766943A (zh) * 2015-03-27 2015-07-08 中国科学院金属研究所 一种高能量密度的锂硫电池电极的制备方法及应用
CN107123550A (zh) * 2017-05-16 2017-09-01 郭家林 一种鸡蛋壳衍生三维蜂窝状碳材料的制备方法
CN107221454A (zh) * 2017-06-08 2017-09-29 陕西师范大学 一种基于多孔碳纤维布的全固态柔性超级电容器及其制备方法

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109133029A (zh) * 2018-09-07 2019-01-04 江苏超电新能源科技发展有限公司 一种锂离子电池负极材料的制备方法及其制备的锂离子电池
CN109244413A (zh) * 2018-09-21 2019-01-18 合肥工业大学 一种基于多孔生物质碳的硫正极复合材料及其制备方法
CN109659144A (zh) * 2018-12-06 2019-04-19 桂林理工大学 一种利用甘蔗渣制备高压水系超级电容器电极材料的方法
CN109802151A (zh) * 2018-12-14 2019-05-24 华南理工大学 一种碳纳米颗粒修饰的氮掺杂3d多孔碳材料及其制备与应用
CN109704307A (zh) * 2019-01-30 2019-05-03 河南工程学院 一种基于胖大海渣的硫掺杂多孔碳的制备及其应用
CN110854395A (zh) * 2019-11-28 2020-02-28 中国科学技术大学 一种氮掺杂多孔生物质碳的制备方法及其应用
CN111211301A (zh) * 2020-01-10 2020-05-29 上海工程技术大学 柔性有机化合物/生物质炭纤维复合材料及其制备方法
CN111599601A (zh) * 2020-05-26 2020-08-28 陕西科技大学 一种锂-钠离子复合多孔碳基材料及其制备方法和应用
CN111613799A (zh) * 2020-06-04 2020-09-01 武汉理工大学 一种基于废弃生物质能制备锌空气电池正极的制备方法
CN111628251A (zh) * 2020-06-04 2020-09-04 武汉理工大学 一种利用废弃生物质制备锌空气电池电极骨架的方法
CN112117517A (zh) * 2020-09-01 2020-12-22 威海广泰空港设备股份有限公司 一种用于电动旅客登机梯的柔性锌空气电池及制备方法
CN114737279A (zh) * 2022-03-25 2022-07-12 北京科技大学 一种生物质中空碳纤维及其制备方法、电极材料、电池
CN114737279B (zh) * 2022-03-25 2023-02-24 北京科技大学 一种生物质中空碳纤维及其制备方法、电极材料、电池
CN115262219A (zh) * 2022-08-03 2022-11-01 武汉纺织大学 一种纳米金改性木棉纤维膜及其制备方法和应用
CN115262219B (zh) * 2022-08-03 2024-04-12 武汉纺织大学 一种纳米金改性木棉纤维膜及其制备方法和应用
CN115387124A (zh) * 2022-08-30 2022-11-25 武汉纺织大学 一种基于碳化香蒲的柔性压力传感器及其制作方法
CN116759582A (zh) * 2023-08-22 2023-09-15 大秦数字能源技术股份有限公司 一种自支撑棉花生物质碳负载红磷钠离子电池负极材料及其制备方法
CN116759582B (zh) * 2023-08-22 2023-10-31 大秦数字能源技术股份有限公司 一种自支撑棉花生物质碳负载红磷钠离子电池负极材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108232369A (zh) 一种生物质衍生的集成式柔性电极及其制备方法
CN108767247B (zh) 一种碳基金属有机框架mof化合物衍生材料制备方法与应用
CN104466140B (zh) 利用静电纺丝技术制备纳米锡/碳复合纳米纤维的方法
CN102244250B (zh) 石墨烯宏观体/氧化锡复合锂离子电池负极材料及其工艺
Qian et al. Recent development in the synthesis of agricultural and forestry biomass-derived porous carbons for supercapacitor applications: A review
CN103219491B (zh) 一种硫化铜正极及其制备方法
CN109081340B (zh) 一种松树基生物质活性炭及其制备方法和在电化学储能中的应用
CN110474057A (zh) 一种基于木质纤维素类生物质碳的氧还原电催化剂的制备方法及应用
CN110085822A (zh) 一种f-n-c复合材料及其制备方法和应用
CN106549162A (zh) 复合电极材料、其制备方法及其在全钒液流电池中的应用
CN109686953A (zh) 一种锂硫电池复合正极材料及其制备方法
CN109802124A (zh) 一种金属原子掺杂多孔碳纳米复合材料及其制备方法和应用
CN106099108A (zh) 一种电池级石墨/活性炭复合材料的制备方法
CN108166103A (zh) 一种利用几丁质为碳源制备氮掺杂非晶碳纳米纤维的工艺及其在能源储存中的应用
CN108666571A (zh) 一种钾离子电池用负极材料及其制备方法和负极极片
CN109037718A (zh) 一种生物质碳载过渡金属氧化物复合材料及其制备方法与应用
CN109346687A (zh) 一种硫化锌/多孔碳纳米纤维复合材料及其制备方法
Wang et al. Bioinspired Fabrication of Strong Self-Standing Egg-Sugarcane Cathodes for Rechargeable Lithium–Oxygen Batteries
CN108808021A (zh) Mo2C/C纳米复合材料及其制备方法和包含该材料的锂二氧化碳电池正极及其制备方法
CN113839058B (zh) 一种碳基氧还原反应催化剂及其制备方法
CN110395728A (zh) 一种锂电池用多孔碳球负极材料的制备方法
CN109301246A (zh) 一种硫掺杂硬碳材料、其制备方法及其作为负极的钾离子电池
CN113725444B (zh) 一种钌/碳纳米管柔性正极材料及其制备方法和应用
CN110729438A (zh) 杂原子掺杂多孔石墨烯修饰碳纤维纸及其制备方法和应用
CN108163852A (zh) 一种灵芝基二维片状碳材料及其制备方法和作为二次电负极材料的应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for 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: 20180629