[发明专利]一种基于功能性碳纳米纤维电极的不对称钒电池的制备方法

权利要求书

1.一种基于功能性碳纳米纤维电极的不对称钒电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将钨基或锑基功能性纳米粒子的前驱体加入到聚丙烯腈和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液中，配制成电纺前驱体溶液；

2)将步骤1)制成的电纺前驱体溶液吸入到静电纺丝设备的注射器中，利用静电纺丝技术，将电纺前驱体溶液进行静电纺丝，得到原始复合纳米纤维材料；

3)将步骤2)得到的原始复合纳米纤维材料用刚玉板压平，置于管式炉中进行预氧化处理和碳化处理，然后冷却至室温，得到金属钨或金属锑纳米粒子嵌入的碳纳米纤维电极材料；

4)以钒-硫酸水溶液为电解液，将正极材料金属钨纳米粒子嵌入的碳纳米纤维电极材料、负极材料金属锑纳米粒子嵌入的碳纳米纤维电极材料、双极板、隔膜组装成基于功能性碳纳米纤维电极的不对称钒电池。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述钨基功能性纳米粒子的前驱体为磷钨酸，所述锑基功能性纳米粒子的前驱体为1-乙烯基-3-甲基咪唑六氟锑酸盐[C₄C₄im][SbF₆]。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述聚丙烯腈的分子量为9万～20万。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述聚丙烯腈和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液中，聚丙烯腈的质量百分浓度为10％～18％。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述电纺前驱体溶液中，按质量比，钨基或锑基功能性纳米粒子的前驱体:聚丙烯腈＝1:200～1:20。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述静电纺丝技术的工艺条件为：不锈钢喷头型号为G15～G22；收丝器为不锈钢转辊，转辊转速为50～150r/min；喷头与转辊之间的电压为18～22kV；喷头与转辊之间的距离为10～15cm；纺丝温度为25℃～35℃；纺丝湿度为40％～60％RH；推送速度为10～50μL/min；纺制时间为1～10h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述预氧化处理的条件是：在空气气氛下，以5℃/min的升温速率升温到220℃，保温10min，之后以2℃/min的升温速率升温到280℃，保温30min。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述碳化处理的条件是：在氮气或氩气气氛下，升温速率5℃/min，于1000℃保温90min。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述钒-硫酸水溶液为1.0～1.7mol·L^-1VOSO₄+2.0～3.0mol·L^-1H₂SO₄水溶液。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述双极板为石墨复合导电塑料板，所述隔膜为nafion212质子交换膜。