[发明专利]一种具有界面增强结构的二硒化钴/碳基柔性电极材料的制备方法及应用

说明书

本发明涉及新能源材料技术领域，尤其涉及一种具有界面增强结构的二硒化钴/碳基柔性电极材料的制备方法及应用，包括以下步骤：（1）将碳布进行亲水化处理；（2）配制含有Co²⁺的金属盐溶液，加入2‑甲基咪唑溶液，混合均匀后得混合液，在混合液中加入亲水化处理后的碳布，静置反应；（3）采用CVD法生长碳纳米管；（4）硒化处理，得到CoSe₂/N‑CNT@CC复合材料；（5）与凝胶电解质复合，即得具有界面增强结构的二硒化钴/碳基柔性电极材料。本发明的制备方法操作简单，条件温和，易于控制，对设备无特殊要求，有利于工业化生产；制得的具有界面增强结构的二硒化钴/碳基柔性电极材料具有高接触面积，高稳定性，在柔性器件领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，尤其涉及一种具有界面增强结构的二硒化钴/碳基柔性电极材料的制备方法及应用。

背景技术

随着全球经济、社会的快速发展，人类对能源的需求量正迅猛增长。传统化石能源的大量消耗引起的环境恶化，迫使我们不断寻求新的绿色能源生产技术。锌空电池由于比能量高、放电电压平稳、成本低、安全环保等优势，得到了人们的广泛关注，在新能源领域具有极大的应用潜力。

与传统平面涂覆式或喷涂式电极相比，三维电极具有比表面积大，电子、离子传输速率快，活性利用率高等优势。同时三维电极有利于满足柔性电子器件可压缩、可拉伸的特性，具有极大的商业前景。但传统的三维电极，如多孔电极，填充床电极，虽然有效面积增大，效率提高，但由于本身是静止的，会导致电解液与电极活性物质的不充分接触，同时在外力（弯曲、拉伸、压缩）作用下，电极自身易损坏，限制了其性能。

同时，柔性储能器件在将电极、凝胶电解质组装之后，由于不同元件的曲率半径不同，在弯曲状态下，元件之间会产生较大的位移或分离，从而引起接触电阻的激增，进而导致电化学性能的劣化。

发明内容

本发明为了克服传统三维电极在外力作用下，易损坏，导致电化学性能的劣化的问题，提供了一种具有界面增强结构的二硒化钴/碳基柔性电极材料的制备方法。

本发明还提供了一种采用上述制备方法制得的具有界面增强结构的二硒化钴/碳基柔性电极材料在锌空电池中的应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有界面增强结构的二硒化钴/碳基柔性电极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将碳布进行亲水化处理；

（2）配制含有Co²⁺溶液，加入2-甲基咪唑溶液，混合均匀后得混合液，在混合液中加入亲水化处理后的碳布，静置反应后得到Co-MOF@CC复合材料；

（3）将步骤（2）得到的Co-MOF@CC复合材料采用CVD法生长碳纳米管（CNT），得到Co/N-CNT@CC复合材料；

（4）将步骤（3）得到的Co/N-CNT@CC复合材料硒化处理，得到CoSe₂/N-CNT@CC复合材料；

（5）将步骤（4）得到的CoSe₂/N-CNT@CC复合材料与凝胶电解质复合，即得具有界面增强结构的二硒化钴/碳基柔性电极材料。

采用本发明技术方案，在柔性基底碳布表面原位生长二维三角结构阵列，后在管式炉中碳化并生长CNT，后硒化处理得到电极材料，再将电极材料与凝胶电解质复合，形成一种具有界面增强结构的二硒化钴/碳基柔性电极材料。这种界面结构具有类钢筋混凝土啮合式结构，连续无缝连接，避免相邻元件在不同机械变形时的相对位移或分离，降低了接触电阻，确保电子的传递稳定，使得电极与凝胶电解质接触面积增大，嵌入式的啮合结构能增强界面的稳定性，在实际的应用中提升整个器件在弯曲或其他外力作用下的稳定性。