[发明专利]一种纳米洋葱碳/碳纤维复合电极材料的制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种纳米洋葱碳/碳纤维复合电极材料的制备方法，通过浸渍法在预硝酸处理的酚醛基活性碳纤维内负载过渡金属盐，再通过高温处理得到碳纤维负载纳米洋葱碳包裹金属单质颗粒的复合材料，然后用酸溶液洗去金属颗粒，最终得到负载纳米洋葱碳的碳纤维复合电极材料。该制备方法简单有效，重复性好，所用原料价格低廉，制备工艺扩大效应很小，便于大批量的制备。利用金属单质在高温条件下的催化作用，在不引入其它碳源的情况下原位生成纳米洋葱碳，克服了其它制备条件的苛刻要求，具有很好的生产前景。制备得到的纳米洋葱碳具有较高的比表面积、较高的电导率和较好的电化学稳定性。

技术领域

本发明属于复合电极材料制备技术领域，涉及一种纳米洋葱碳/碳纤维复合电极材料的制备方法和用途。

背景技术

随着社会的快速发展和人口的急剧增长，能源的消耗与需求与日俱增，发展高效便捷稳定的储能技术成为清洁能源利用的关键之一。随着日新月异的科技进步，人们对便携化、娱乐化、健康化的便携式电子设备不断追求，促使其相应的储能器件向着高比能、质轻、柔软、清洁安全等方向发展。

在柔性储能领域，以碳纤维布为代表的柔性碳基电极受到广泛关注，其具有优异的可折叠弯曲性能、优良的导电性能、较高的可负载比表面积和质量轻等优点，由其制备的电极相对于传统金属集流体制备的电极具有较高的能量密度，不需使用导电剂和粘结剂，且具有更强的可折叠弯曲性能。同时，基于碳纤维布的电极材料也开始应用于电催化等其它能量储存与转化领域，并取得了一定的进展。

纳米洋葱碳(onion-carbon)由同心石墨球层嵌套而成，是富勒烯家族中的一员，属于碳的同素异形体。纳米洋葱碳具有较大的比表面积，高的电导率、良好的机械稳定性，热稳定性和和电化学稳定性。这些优异的性能使其在众多领域都具有良好的应用前景，如锂离子电池、燃料电池、染料敏化太阳能电池、超级电容器、电化学储氢、微波吸收、润滑、催化等领域。

目前，将纳米洋葱碳有效负载在柔性碳纤维制备复合电极的报道极少，且一般制备纳米洋葱碳的方法工艺难度大、成本高、产量低、不利于大规模生产。

因此，针对上述问题提出一种纳米洋葱碳/碳纤维复合电极材料的制备方法。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种纳米洋葱碳/碳纤维复合电极材料的制备方法和用途。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的，

一种纳米洋葱碳/碳纤维复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)、对碳纤维进行预硝酸处理，得到预处理碳纤维；

2)、利用浸渍法在步骤1)得到的预处理碳纤维内负载过渡金属盐，得到负载过渡金属盐的预处理碳纤维；

3)、对步骤2)得到的负载过渡金属盐的碳纤维进行高温处理，得到碳纤维负载纳米洋葱碳包裹金属单质颗粒的复合材料；

4)、利用酸溶液洗去所述步骤3)中复合材料的金属单质颗粒，得到负载纳米洋葱碳的碳纤维复合电极材料。

更进一步的，步骤1)中所述预硝酸处理为将碳纤维浸没在浓硝酸中，浸泡温度为40-120℃，浸泡时间为4-24h。

更进一步的，所述预处理碳纤维为酚醛基活性碳纤维。

更进一步的，所述步骤2)中过渡金属为Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Sn和Pb中的任意一种或多种的组合。

更进一步的，所述步骤2)中过渡金属盐为过渡金属的硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐、亚硫酸盐、氯盐、氟盐和乙酸盐中的任意一种或多种的组合。