[发明专利]一种大比表面积N掺杂碳布电极及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种大比表面积N掺杂碳布电极的制备方法，包括以下步骤：(1)碳布预处理：将碳布清洗、真空烘干处理；(2)电极制备：用磁控溅射反溅技术将氩气轰击碳布表面，在碳布表面形成多孔结构，反溅时加入适当的氮气，在氮气中处理3～5min。1、本发明材料结构，本材料是多孔结构，此种结构能提升材料的比表面积，提供大量的活性位点；本材料结构简单，没有传统电极的催化剂和粘接剂，因此具有更好的稳定性。

技术领域

本发明涉及电极领域，具体涉及一种大比表面积N掺杂碳布电极及其制备方法、应用。

背景技术

传统的二次电池受限于能量密度不高，难以满足电动汽车的需要。锂空气电池具有与传统化石能源相当的能量密度，在电动汽车飞速发展的今天具有巨大的应用前景。锂空气电池凭借着超高的理论能量密度，其概念一经提出便受到了科研界的广泛关注，被认为是最具应用前景的新一代二次电池。锂空气电池的反应机制是Li₂O₂的生成和分解，活性物质为空气中的氧气，取之不尽用之不竭，因此具有环境友好、成本低廉的优势。由于电池反应是空气中的氧气与金属锂直接参与，其理论能量密度可达3600Wh/kg，封装后在实际应用时其能量密度有望能接近化石燃料燃烧所提供的能量密度，高达600Wh/kg左右。锂空气电池是由正极材料、金属锂负极、电解液构成，电池的电极反应发生的主要场所在电池的正极，因此正极材料对电池的性能有着很大的影响。目前锂空气电池存在的多种问题，比如电池的充放电过电势高，放电容量低，循环稳定性差等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大比表面积N掺杂碳布电极的制备方法，该方法利用磁控溅射反溅技术，将氩等离子体轰击碳布表面，使碳布形成多孔结构，增大碳布的比表面(；在反溅的过程中加入适当氮气，生成碳氮键，以此增大电极材料对电极反应的催化活性。相比传统电极结构，这种大比表面积N掺杂电极的结构简单，因此具有更好的稳定性的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种大比表面积N掺杂碳布电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)碳布预处理：将碳布清洗、真空烘干处理；

(2)电极制备：用磁控溅射反溅技术将氩气轰击碳布表面，在碳布表面形成多孔结构，反溅时加入适当的氮气，在氮气中处理3～5min。

磁控溅反溅中的电压为800～850V。

磁控溅反溅中的电流为0.35～0.50A。

磁控溅反溅中的氩气为120～130sccm。

磁控溅反溅中的氮气为60～80sccm。

碳布预处理具体为将碳布用去离子水和无水乙醇依次超声清洗多次。

如前所述的制备方法得到的大比表面积N掺杂碳布电极。

如前所述的大比表面积N掺杂碳布电极在锂空气电池中的应用。

本发明利用磁控溅射反溅技术，将氩等离子体轰击碳布表面，使碳布形成多孔结构，增大碳布的比表面；在反溅的过程中加入一定量的氮气，生成碳氮键，以此增大电极材料对电极反应的催化活性。相比传统电极结构，这种大比表面积N掺杂电极的结构简单，因此具有更好的稳定性。大比表面积N掺杂碳布电极不仅能应用于锂空气电池，也能用于锌空气电池、锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等储能电子器件。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明材料结构，本材料是多孔结构，此种结构能提升材料的比表面积，提供大量的活性位点；本材料结构简单，没有传统电极的催化剂和粘接剂，因此具有更好的稳定性；

2、本发明的电化学性能良好，具有优异的充放电性能。

附图说明