CN109859954A - 一种纳米纤维基柔性阵列结构电极及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电化学材料技术领域，尤其涉及一种纳米纤维基柔性阵列结构电极及其制备方法。该电极由内层纺丝溶液和外层纺丝溶液经静电纺丝、碳化、水热生长和电沉积制得，所述内层纺丝溶液中包括聚丙烯腈(PAN)、精对苯二甲酸(PTA)、酸化碳纳米管(AC‑MWNTs)和溶剂，所述外层纺丝溶液中包括聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、无机锌盐、精对苯二甲酸和溶剂。其制备方法增加了碳纤维柔性，并且，ZnO可以直接在同轴纺丝过程中加入前驱体中，使纳米ZnO均匀且牢固地负载于碳纳米纤维外表面，免去晶种涂覆过程，从而使该方法简易、高效、普适性强、低成本且环境友好，所得产品集柔性特质、双金属赝电容性能于一身，且可自成独立电极。
Description
技术领域
本发明涉及电化学材料技术领域，尤其涉及一种纳米纤维基柔性阵列结构电极及其制备方法。
背景技术
近年来，随着科技的不断发展，电子器件逐渐微型化、轻量化和柔性化，如：柔性驱动器、分布式传感器、柔性显示屏及可穿戴多媒体器件等。因此，需要发展柔性、质轻、便携的高性能能源存储装置，以顺应可穿戴电子设备在轻薄、耐冲击、高储能以及便携性等方面的要求。虽然目前普遍发展的超级电容器具有很多显而易见的优点，如充放电速率快、循环寿命长、作用温度范围广等，但其刚性大、份量重、能量密度低的缺点阻碍了其在轻、薄、高性能电子设备方面的实际应用。
电极的比电容和柔性特质直接决定了超级电容器的能量密度和柔性可穿戴性能。在制备柔性高性能电极材料方面，采用静电纺丝法制备的连续纳米纤维因具有比表面积大，孔隙丰富及吸附性能强等特点而具有较大的应用潜力。然而纳米纤维经碳化后出现脆性，易于断裂，使其应用发展受限。目前很多研究旨在解决此方面问题，如使用多步热牵伸处理、优化活化工艺(如水蒸气、NH3、KOH、CO2活化等)、纺丝前驱体中加入制孔剂(如PMMA、ZnCl2、SiO2等)。使用多步热牵伸处理的方法制备的碳纳米纤维电极虽在纤维柔性方面有一定的提高，但一般只存在微孔(<2nm)，吸附和传递离子作用有限，大大限制了其电容倍率性能；后两种方法虽然在多级孔径构筑方面有一定的提高，但作为电极使用时仍需要加入少许粘合剂和导电剂等，粘合剂的使用带来额外电阻的同时会阻塞电极材料的部分孔径，大大降低其电容性能。
氧化锌(ZnO)具有良好的电化学活性、环境友好性及较高载流子速率，且能够在低温条件(<100℃)下可控构筑不同形貌的三维结构，可作为良好的承载支架或直接作为电极活性材料，成本低廉，在超级电容器领域具有潜在的应用价值。但由于纤维基底与ZnO之间的晶格匹配较差，传统的方法需要在生长ZnO纳米棒阵列之前采取表面浸渍或涂覆ZnO晶种，普遍存在ZnO晶种负载不均匀、牢度较差、生长过程较繁琐费时的问题。
发明内容
针对现有技术中表面浸渍或涂覆ZnO晶种存在ZnO晶种负载不均匀、牢度较差、生长过程较繁琐费时的问题，本发明提供一种纳米纤维基柔性阵列结构电极。
以及，本发明还提供一种上述纳米纤维基柔性阵列结构电极的制备方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下技术方案：
一种纳米纤维基柔性阵列结构电极，由内层纺丝溶液和外层纺丝溶液经静电纺丝、碳化、水热生长和电沉积制得，所述内层纺丝溶液中包括聚丙烯腈、精对苯二甲酸、酸化碳纳米管和溶剂，所述外层纺丝溶液中包括聚乙烯吡咯烷酮、无机锌盐、精对苯二甲酸和溶剂。
在静电纺丝溶液中采用无机锌盐，一方面将无机锌盐作为前驱体中的成分用于纺丝液与其他前驱体共同纺丝，能够使纳米ZnO均匀且牢固地负载于碳纳米纤维外表面，避免了传统“涂覆”晶种所带来的负载不均匀、牢度较差、生长过程较繁琐费时的问题；另一方面无机锌盐在高温碳化过程中会发生脱水分解反应，产生大量气体，穿过纤维的同时可大量致孔，促使纤维柔性特质形成，同时还能够进一步提高电极比表面积，缩短电子转移路径。无机锌盐在转化为ZnO后，外壳层的ZnO与赝电容性能较高但导电性较弱的金属氧化物和导电性能较强的柔性碳纳米纤维结合，能够构筑多级纳米阵列结构柔性电极，突破了现有技术中负载量、导电率和电容活性不能兼顾的技术瓶颈。ZnO能够形成有序排列的纳米棒阵列，并直接生长在静电纺丝所得的纤维基底上，不但可作为次级的电流收集极，缩短离子传输通道，而且多个维度的纳米尺寸充分暴露在电解液中，可获得较大的比表面积和空间孔隙，从而提高材料整体利用率，并可有效缓解电活性氧化物电化学过程中结构变形导致的电容衰减。
另一方面，本发明添加PTA于纺丝溶液中，PTA能够在高温下升华产生大孔，可明显提高碳纳米纤维的柔性，从而解决了纳米纤维的脆损性问题，同时其产生的大孔结构还能够作为大量电解液离子的缓冲、储备区域，提高离子迁移速率，提升电极电容倍率性能。
优选地，所述内层纺丝溶液中所述聚丙烯腈的浓度为4.0～6.0wt％，所述精对苯二甲酸的浓度为3.0～5.0wt％，所述酸化碳纳米管的浓度为0.5～2.0wt％。优选的浓度范围更有利于静电纺丝的顺利进行。
优选地，所述外层纺丝溶液中所述聚乙烯吡咯烷酮的浓度为10.0～20.0wt％，所述无机锌盐的浓度为8.0～12.0wt％，所述精对苯二甲酸的浓度为3.0～5.0wt％。优选的浓度范围更有利于与内层纺丝溶液在静电纺丝过程中形成核壳结构，使纳米ZnO均匀且牢固地负载于碳纳米纤维外表面。
优选地，所述无机锌盐为醋酸锌(Zn(CH3COO)2)或氯化锌(ZnCl2)。优选的锌盐更容易与其他前驱体共同纺丝，并且在高温碳化过程中更易发生脱水分解反应生成ZnO。所述溶剂为N，N-二甲基甲酰胺，能够使内、外层纺丝溶液中各成分充分溶解于其中，以利于静电纺丝的顺利进行。
优选地，所述内层纺丝溶液和所述外层纺丝溶液的体积为0.8～1.2∶1。在该比例范围内得到的纳米纤维能够使其制得的电极具有更高的电容值和电容保持率。
以及，本发明实施例还提供一种上述纳米纤维基柔性阵列结构电极的制备方法，包括将所述聚丙烯腈、精对苯二甲酸、酸化碳纳米管和溶剂制成内层纺丝溶液，将所述聚乙烯吡咯烷酮、无机锌盐、精对苯二甲酸和溶剂制成外层纺丝溶液，然后将所述内层纺丝溶液和所述外层纺丝溶液进行静电纺丝，得到纳米纤维，再将所述纳米纤维依次进行碳化、水热生长和电沉积。
本制备方法工序简单、高效、普适性强、低成本且环境友好，避免了ZnO晶种涂覆，制得的纳米纤维基柔性阵列结构电极基于碳纳米纤维的柔性特质，无需集流体、支撑材料和粘合剂即可自成自支撑结构电极，能够直接作为电极使用，可大幅度提高纳米纤维基柔性电极的整体电容性能，具有体积小、储能密度大、放电功率高等特点，具有广泛的应用前景。
优选地，所述静电纺丝的参数为：纺丝电压14～18kV，湿度30～40％，纺丝流速0.5～1.0ml/L，纺丝针头与接收板距离15～20cm，接收装置为铝箔。优选的静电纺丝参数更适用于将上述纺丝溶液制成纳米纤维。
优选地，所述碳化的方法为：将所述纳米纤维升温至800～850℃，保持2～2.5h。
优选地，所述升温的方法为：将所述纳米纤维以1.0～1.5℃/min的速率升温到280～300℃，并在280～300℃保持2～2.5h，随后通入惰性气体并以2.0～2.5℃/min升温至800～850℃，保持2～2.5h。该升温操作能够使得PTA升华致大孔，同时使锌盐分解得到ZnO晶种，并将聚丙烯腈纳米纤维碳化成为碳纤维。
优选地，所述水热生长的方法为：将碳化后的纳米纤维浸渍于六亚甲基四胺和六水合硝酸锌的混合溶液中，超声15～30min，然后加热至90～100℃进行水热生长3～5h，用水和乙醇洗涤，烘干。柔性碳/ZnO纳米纤维在该条件下可顺利生长。
优选地，所述电沉积的方法∶为：以完成水热生长的所述纳米纤维为工作电极，以饱和甘汞或者Ag/AgCl电极为参比电极，以铂电极为对电极，以金属无机盐和醋酸铵的混合溶液为沉积液，在1～3mA/cm2的电流密度下沉积300～600s，即得；所述金属无机盐包括MnSO4、Ni(NO3)2或Co(NO3)2中的一种或两种。优选的金属无机盐电活性较高，更容易沉积。
附图说明
图1为制备纳米纤维基柔性阵列结构电极的过程示意图；
图2为纳米纤维基柔性阵列结构电极的XRD图；
图3为纳米纤维基柔性阵列结构电极在不同扫描速率下的循环伏安(CV)曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供了一种纳米纤维基柔性阵列结构电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤a、将聚丙烯腈、精对苯二甲酸和酸化碳纳米管均匀分散于5mL N，N-二甲基甲酰胺中，60℃恒温磁力搅拌至分散液均匀，作为内层纺丝溶液，内层纺丝溶液中聚丙烯腈的浓度为6.0wt％，精对苯二甲酸的浓度为5.0wt％，酸化碳纳米管的浓度为2.0wt％；将聚乙烯吡咯烷酮、醋酸锌和精对苯二甲酸分散于5mL N，N-二甲基甲酰胺中，60℃恒温磁力搅拌至分散液均匀，作为外层纺丝溶液，外层纺丝溶液中聚乙烯吡咯烷酮的浓度为12wt％，醋酸锌的浓度为10.0wt％，精对苯二甲酸的浓度为5.0wt％；
步骤b、将所述内层纺丝溶液和所述外层纺丝溶液进行静电纺丝，纺丝电压为14kV，湿度为35％，纺丝流速为1.0ml/L，纺丝针头与接收板距离为15cm，接收装置为铝箔；
步骤c、将步骤b静电纺丝得到的纳米纤维以1.0℃/min的速率升温到280℃，并在280℃保持2h，随后通入氮气并以2.0℃/min升温至800℃，保持2h，得到柔性碳/ZnO纳米纤维；
步骤d、将所述柔性碳/ZnO纳米纤维浸渍于六亚甲基四胺(12mM)和六水合硝酸锌(12mM)的混合溶液中，超声30min，随后加热至90℃进行水热生长5h，用水和乙醇洗涤多次，并于真空干燥箱120℃烘干，即得柔性碳/ZnO纳米棒复合纤维；
步骤e、以所述柔性碳/ZnO纳米棒复合纤维为工作电极(面积为1.0×2.0cm2)，以饱和甘汞电极为参比电极，以铂电极为对电极，以0.1M MnSO4和0.1M CH3COONH4的混合溶液为沉积液，在1.5mA/cm2的电流密度下沉积500s，得到纳米纤维基柔性阵列结构电极。
实施例2
本实施例提供了一种纳米纤维基柔性阵列结构电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤a、将聚丙烯腈、精对苯二甲酸和酸化碳纳米管均匀分散于8mL N，N-二甲基甲酰胺中，60℃恒温磁力搅拌至分散液均匀，作为内层纺丝溶液，内层纺丝溶液中聚丙烯腈的浓度为5.0wt％，精对苯二甲酸的浓度为5.0wt％，酸化碳纳米管的浓度为0.5wt％；将聚乙烯吡咯烷酮、醋酸锌和精对苯二甲酸分散于10mL N，N-二甲基甲酰胺中，60℃恒温磁力搅拌至分散液均匀，作为外层纺丝溶液，外层纺丝溶液中聚乙烯吡咯烷酮的浓度为20.0wt％，醋酸锌的浓度为12.0wt％，精对苯二甲酸的浓度为5.0wt％；
步骤b、将所述内层纺丝溶液和所述外层纺丝溶液进行静电纺丝，纺丝电压为14kV，湿度为35％，纺丝流速为1.0ml/L，纺丝针头与接收板距离为15cm，接收装置为铝箔；
步骤c、将步骤b静电纺丝得到的纳米纤维以1.5℃/min的速率升温到280℃，并在300℃保持2.5h，随后通入氮气并以2.5℃/min升温至850℃，保持2h，得到柔性碳/ZnO纳米纤维；
步骤d、将所述柔性碳/ZnO纳米纤维浸渍于六亚甲基四胺(12mM)和六水合硝酸锌(12mM)的混合溶液中，超声15min，随后加热至90℃进行水热生长5h，用水和乙醇洗涤多次，并于真空干燥箱120℃烘干，即得柔性碳/ZnO纳米棒复合纤维；
步骤e、以所述柔性碳/ZnO纳米棒复合纤维为工作电极(面积为1.0×2.0cm2)，以饱和甘汞电极为参比电极，以铂电极为对电极，以0.1M MnSO4和0.1M CH3COONH4的混合溶液为沉积液，在2mA/cm2的电流密度下沉积300s，得到纳米纤维基柔性阵列结构电极。
实施例3
本实施例提供了一种纳米纤维基柔性阵列结构电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤a、将聚丙烯腈、精对苯二甲酸和酸化碳纳米管均匀分散于6mL N，N-二甲基甲酰胺中，60℃恒温磁力搅拌至分散液均匀，作为内层纺丝溶液，内层纺丝溶液中聚丙烯腈的浓度为4.0wt％，精对苯二甲酸的浓度为3.0wt％，酸化碳纳米管的浓度为1.5wt％；将聚乙烯吡咯烷酮、醋酸锌和精对苯二甲酸分散于5mL N，N-二甲基甲酰胺中，60℃恒温磁力搅拌至分散液均匀，作为外层纺丝溶液，外层纺丝溶液中聚乙烯吡咯烷酮的浓度为10.0wt％，醋酸锌的浓度为8.0wt％，精对苯二甲酸的浓度为4.0wt％；
步骤b、将所述内层纺丝溶液和所述外层纺丝溶液进行静电纺丝，纺丝电压为14kV，湿度为35％，纺丝流速为1.0ml/L，纺丝针头与接收板距离为15cm，接收装置为铝箔；
步骤c、将步骤b静电纺丝得到的纳米纤维以1.0℃/min的速率升温到280℃，并在290℃保持2h，随后通入氮气并以2.2℃/min升温至830℃，保持2.5h，得到柔性碳/ZnO纳米纤维；
步骤d、将所述柔性碳/ZnO纳米纤维浸渍于六亚甲基四胺(12mM)和六水合硝酸锌(12mM)的混合溶液中，超声30min，随后加热至100℃进行水热生长3h，用水和乙醇洗涤多次，并于真空干燥箱120℃烘干，即得柔性碳/ZnO纳米棒复合纤维；
步骤e、以所述柔性碳/ZnO纳米棒复合纤维为工作电极(面积为1.0×2.0cm2)，以Ag/AgCl电极为参比电极，以铂电极为对电极，以0.18M Ni(NO3)2和0.08M NaNO3的混合溶液为沉积液，在3mA/cm2的电流密度下沉积600s，得到纳米纤维基柔性阵列结构电极。
实施例4
本实施例提供了一种纳米纤维基柔性阵列结构电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤a、将聚丙烯腈、精对苯二甲酸和酸化碳纳米管均匀分散于10mL N，N-二甲基甲酰胺中，80℃恒温磁力搅拌至分散液均匀，作为内层纺丝溶液，内层纺丝溶液中聚丙烯腈的浓度为6.0wt％，精对苯二甲酸的浓度为5.0wt％，酸化碳纳米管的浓度为0.5wt％；将聚乙烯吡咯烷酮、氯化锌和精对苯二甲酸分散于10mL N，N-二甲基甲酰胺中，80℃恒温磁力搅拌至分散液均匀，作为外层纺丝溶液，外层纺丝溶液中聚乙烯吡咯烷酮的浓度为12.0wt％，氯化锌的浓度为8.0wt％，精对苯二甲酸的浓度为3.0wt％；
步骤b、将所述内层纺丝溶液和所述外层纺丝溶液进行静电纺丝，纺丝电压为15kV，湿度为35％，纺丝流速为1.0ml/L，纺丝针头与接收板距离为16cm，接收装置为铝箔；
步骤c、将步骤b静电纺丝得到的纳米纤维以1.5℃/min的速率升温到280℃，并在280℃保持2.5h，随后通入氮气并以2.5℃/min升温至850℃，保持2h，得到柔性碳/ZnO纳米纤维；
步骤d、将所述柔性碳/ZnO纳米纤维浸渍于六亚甲基四胺(12mM)和六水合硝酸锌(12mM)的混合溶液中，超声30min，随后加热至95℃进行水热生长4h，用水和乙醇洗涤多次，并于真空干燥箱120℃烘干，即得柔性碳/ZnO纳米棒复合纤维；
步骤e、以所述柔性碳/ZnO纳米棒复合纤维为工作电极(面积为1.0×2.0cm2)，以饱和甘汞电极为参比电极，以铂电极为对电极，以0.18M Ni(NO3)2和0.08M NaNO3的混合溶液为沉积液，在1.5mA/cm2的电流密度下沉积500s，得到纳米纤维基柔性阵列结构电极。
实施例5
本实施例提供了一种纳米纤维基柔性阵列结构电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤a、将聚丙烯腈、精对苯二甲酸和酸化碳纳米管均匀分散于10mL N，N-二甲基甲酰胺中，60℃恒温磁力搅拌至分散液均匀，作为内层纺丝溶液，内层纺丝溶液中聚丙烯腈的浓度为6.0wt％，精对苯二甲酸的浓度为5.0wt％，酸化碳纳米管的浓度为0.5wt％；将聚乙烯吡咯烷酮、氯化锌和精对苯二甲酸分散于10mL N，N-二甲基甲酰胺中，60℃恒温磁力搅拌至分散液均匀，作为外层纺丝溶液，外层纺丝溶液中聚乙烯吡咯烷酮的浓度为10.0wt％，氯化锌的浓度为10.0wt％，精对苯二甲酸的浓度为5.0wt％；
步骤b、将所述内层纺丝溶液和所述外层纺丝溶液进行静电纺丝，纺丝电压为15kV，湿度为35％，纺丝流速为1.0ml/L，纺丝针头与接收板距离为16cm，接收装置为铝箔；
步骤c、将步骤b静电纺丝得到的纳米纤维以1.0℃/min的速率升温到300℃，并在300℃保持2h，随后通入氮气并以2.0℃/min升温至800℃，保持2.5h，得到柔性碳/ZnO纳米纤维；
步骤d、将所述柔性碳/ZnO纳米纤维浸渍于六亚甲基四胺(12mM)和六水合硝酸锌(12mM)的混合溶液中，超声20min，随后加热至90℃进行水热生长4h，用水和乙醇洗涤多次，并于真空干燥箱120℃烘干，即得柔性碳/ZnO纳米棒复合纤维；
步骤e、以所述柔性碳/ZnO纳米棒复合纤维为工作电极(面积为1.0×2.0cm2)，以Ag/AgCl电极为参比电极，以铂电极为对电极，以0.3M Co(NO3)2和0.3M NaNO3的混合溶液为沉积液，在1mA/cm2的电流密度下沉积500s，得到纳米纤维基柔性阵列结构电极。
效果例
测定本实施例1～5所得纳米纤维基柔性阵列结构电极的水洗牢度和电化学性能，检测方法如下：
1、水洗牢度
将制备所得电极放入1mol/L硫酸钠溶液中浸泡12h，观察其柔性阵列形貌结构变化情况。
2、电化学性能测试
采用三电极测试方法测试其电容性能。测试电解液采用1mol/L硫酸钠溶液，对电极为铂电极，参比电极选用饱和甘汞电极，测试其循环伏安(CV)曲线计算其最大电容值，并测试其恒电流(1A/g)充放电5000次后的电容保持率。
结果见表1。
表1纳米纤维基柔性阵列结构电极性能测试结果
| 组别 | 水洗牢度 | 电容值 | 恒流充放电5000次后的电容保持率 |
| 实施例1 | 基本无变化 | 656.8F/g | 92.3％ |
| 实施例2 | 基本无变化 | 617.6F/g | 92.8％ |
| 实施例3 | 基本无变化 | 534.6F/g | 93.6％ |
| 实施例4 | 基本无变化 | 506.2F/g | 91.6％ |
| 实施例5 | 基本无变化 | 453.5F/g | 93.4％ |
由表1结果可见，用本发明所提供的纳米纤维基柔性阵列结构电极的制备方法制成的产品具有良好的水洗牢度和电化学性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种纳米纤维基柔性阵列结构电极，其特征在于，由内层纺丝溶液和外层纺丝溶液经静电纺丝、碳化、水热生长和电沉积制得，所述内层纺丝溶液中包括聚丙烯腈、精对苯二甲酸、酸化碳纳米管和溶剂，所述外层纺丝溶液中包括聚乙烯吡咯烷酮、无机锌盐、精对苯二甲酸和溶剂。
2.根据权利要求1所述的纳米纤维基柔性阵列结构电极，其特征在于，所述内层纺丝溶液中所述聚丙烯腈的浓度为4.0～6.0wt％，所述精对苯二甲酸的浓度为3.0～5.0wt％，所述酸化碳纳米管的浓度为0.5～2.0wt％。
3.根据权利要求2所述的纳米纤维基柔性阵列结构电极，其特征在于，所述外层纺丝溶液中所述聚乙烯吡咯烷酮的浓度为10.0～20.0wt％，所述无机锌盐的浓度为8.0～12.0wt％，所述精对苯二甲酸的浓度为3.0～5.0wt％。
4.根据权利要求3所述的纳米纤维基柔性阵列结构电极，其特征在于，所述无机锌盐为醋酸锌或氯化锌；和/或
所述溶剂为N，N-二甲基甲酰胺。
5.根据权利要求3所述的纳米纤维基柔性阵列结构电极，其特征在于，所述内层纺丝溶液和所述外层纺丝溶液的体积为0.8～1.2∶1。
6.一种权利要求1～5任一项所述纳米纤维基柔性阵列结构电极的制备方法，其特征在于，包括将所述聚丙烯腈、精对苯二甲酸、酸化碳纳米管和溶剂制成内层纺丝溶液，将所述聚乙烯吡咯烷酮、无机锌盐、精对苯二甲酸和溶剂制成外层纺丝溶液，然后将所述内层纺丝溶液和所述外层纺丝溶液进行静电纺丝，得到纳米纤维，再将所述纳米纤维依次进行碳化、水热生长和电沉积。
7.根据权利要求6所述的纳米纤维基柔性阵列结构电极的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝的参数为：纺丝电压14～18kV，湿度30～40％，纺丝流速0.5～1.0ml/L，纺丝针头与接收板距离15～20cm，接收装置为铝箔。
8.根据权利要求6所述的纳米纤维基柔性阵列结构电极的制备方法，其特征在于，所述碳化的方法为：将所述纳米纤维升温至800～850℃，保持2～2.5h。
9.根据权利要求8所述的纳米纤维基柔性阵列结构电极的制备方法，其特征在于，所述升温的方法为：将所述纳米纤维以1.0～1.5℃/min的速率升温到280～300℃，并在280～300℃保持2～2.5h，随后通入惰性气体并以2.0～2.5℃/min升温至800～850℃，保持2～2.5h。
10.根据权利要求6所述的纳米纤维基柔性阵列结构电极的制备方法，其特征在于，所述水热生长的方法为：将碳化后的纳米纤维浸渍于六亚甲基四胺和六水合硝酸锌的混合溶液中，超声15～30min，然后加热至90～100℃进行水热生长3～5h，用水和乙醇洗涤，烘干；和/或
所述电沉积的方法为：以完成水热生长的所述纳米纤维为工作电极，以饱和甘汞或者Ag/AgCl电极为参比电极，以铂电极为对电极，以金属无机盐和醋酸铵的混合溶液为沉积液，在1～3mA/cm2的电流密度下沉积300～600s，即得；所述金属无机盐包括MnSO4、Ni(NO3)2或Co(NO3)2中的一种或两种。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110931263A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-03-27 | 杭州电子科技大学 | 一种超级电容器电极结构及增强方法 |
| CN112421055A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-26 | 太原理工大学 | 一种氧化掺氮碳纳米管阵列簇/柔性碳纤维材料一体化电极的制备方法及应用 |
| CN112599737A (zh) * | 2020-12-14 | 2021-04-02 | 南京航空航天大学 | 一种钠离子电池过渡金属硫化物碳复合负极材料及其制备方法和应用 |
| CN112751015A (zh) * | 2019-10-31 | 2021-05-04 | 青岛海尔智能技术研发有限公司 | 锌负极及其制备方法、锌空气电池和直流电热水器 |
| CN112751010A (zh) * | 2019-10-31 | 2021-05-04 | 青岛海尔智能技术研发有限公司 | 双层包覆锌负极及其制备方法、锌空气电池和直流电热水器 |
| CN113097496A (zh) * | 2021-02-25 | 2021-07-09 | 东华大学 | 具有复合纳米纤维保护层的锌负极及其制备、应用 |
| CN117782379A (zh) * | 2024-02-27 | 2024-03-29 | 太原理工大学 | 一种压电/热释电双功能柔性耐高温传感器 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7622667B2 (en) * | 2002-01-25 | 2009-11-24 | Konarka Technologies, Inc. | Photovoltaic fibers |
| CN104674382A (zh) * | 2015-02-06 | 2015-06-03 | 东华大学 | 一种电容去离子用多孔碳纳米纤维的制备方法 |
| CN105712316A (zh) * | 2015-09-23 | 2016-06-29 | 哈尔滨理工大学 | 一种氧化锌纳米线阵列/碳纳米纤维复合材料的制备 |
| CN106848314A (zh) * | 2017-02-27 | 2017-06-13 | 天津工业大学 | 锂硫电池用双层多孔碳纳米纤维的制备方法及利用其制备正极材料的方法 |
| CN107633959A (zh) * | 2017-08-29 | 2018-01-26 | 深圳技术大学筹备办公室 | 一种电极材料的制备方法 |
| CN107705994A (zh) * | 2017-09-06 | 2018-02-16 | 济南大学 | 一种ZnFe2O4掺氮碳纳米纤维复合电极材料及其制备方法 |
| CN109346690A (zh) * | 2018-09-30 | 2019-02-15 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种氮掺杂碳纳米纤维复合氧化锌锂离子电池负极材料的制备方法及应用 |
-
2019
- 2019-03-07 CN CN201910171996.5A patent/CN109859954B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7622667B2 (en) * | 2002-01-25 | 2009-11-24 | Konarka Technologies, Inc. | Photovoltaic fibers |
| CN104674382A (zh) * | 2015-02-06 | 2015-06-03 | 东华大学 | 一种电容去离子用多孔碳纳米纤维的制备方法 |
| CN105712316A (zh) * | 2015-09-23 | 2016-06-29 | 哈尔滨理工大学 | 一种氧化锌纳米线阵列/碳纳米纤维复合材料的制备 |
| CN106848314A (zh) * | 2017-02-27 | 2017-06-13 | 天津工业大学 | 锂硫电池用双层多孔碳纳米纤维的制备方法及利用其制备正极材料的方法 |
| CN107633959A (zh) * | 2017-08-29 | 2018-01-26 | 深圳技术大学筹备办公室 | 一种电极材料的制备方法 |
| CN107705994A (zh) * | 2017-09-06 | 2018-02-16 | 济南大学 | 一种ZnFe2O4掺氮碳纳米纤维复合电极材料及其制备方法 |
| CN109346690A (zh) * | 2018-09-30 | 2019-02-15 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种氮掺杂碳纳米纤维复合氧化锌锂离子电池负极材料的制备方法及应用 |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112751015A (zh) * | 2019-10-31 | 2021-05-04 | 青岛海尔智能技术研发有限公司 | 锌负极及其制备方法、锌空气电池和直流电热水器 |
| CN112751015B (zh) * | 2019-10-31 | 2022-07-26 | 青岛海尔智能技术研发有限公司 | 锌负极及其制备方法、锌空气电池和直流电热水器 |
| CN112751010A (zh) * | 2019-10-31 | 2021-05-04 | 青岛海尔智能技术研发有限公司 | 双层包覆锌负极及其制备方法、锌空气电池和直流电热水器 |
| CN110931263B (zh) * | 2019-11-21 | 2021-08-03 | 杭州电子科技大学 | 一种超级电容器电极结构及增强方法 |
| CN110931263A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-03-27 | 杭州电子科技大学 | 一种超级电容器电极结构及增强方法 |
| CN112421055B (zh) * | 2020-10-27 | 2022-02-22 | 太原理工大学 | 一种氧化掺氮碳纳米管阵列簇/柔性碳纤维材料一体化电极的制备方法及应用 |
| CN112421055A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-26 | 太原理工大学 | 一种氧化掺氮碳纳米管阵列簇/柔性碳纤维材料一体化电极的制备方法及应用 |
| CN112599737A (zh) * | 2020-12-14 | 2021-04-02 | 南京航空航天大学 | 一种钠离子电池过渡金属硫化物碳复合负极材料及其制备方法和应用 |
| CN112599737B (zh) * | 2020-12-14 | 2022-05-27 | 南京航空航天大学 | 一种钠离子电池过渡金属硫化物碳复合负极材料及其制备方法和应用 |
| CN113097496A (zh) * | 2021-02-25 | 2021-07-09 | 东华大学 | 具有复合纳米纤维保护层的锌负极及其制备、应用 |
| CN113097496B (zh) * | 2021-02-25 | 2022-04-29 | 东华大学 | 具有复合纳米纤维保护层的锌负极及其制备、应用 |
| CN117782379A (zh) * | 2024-02-27 | 2024-03-29 | 太原理工大学 | 一种压电/热释电双功能柔性耐高温传感器 |
| CN117782379B (zh) * | 2024-02-27 | 2024-05-14 | 太原理工大学 | 一种压电/热释电双功能柔性耐高温传感器 |
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| Publication number | Publication date |
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