專利名稱：一種單壁納米碳管可充電池電極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉電池技術(shù)，特別提供了一種新型的可充電池電極及其制備方法。
隨著人類對(duì)礦物能源的過度開采與大量使用，礦物能源儲(chǔ)備日漸短缺、環(huán)境污染日益嚴(yán)重，迫切要求一種新的替代能源。氫能具有零污染和可再生的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是現(xiàn)有以碳為基礎(chǔ)的能源工業(yè)最理想的替代者。但是阻礙氫能規(guī)模利用的主要障礙是缺乏一種方便、高效的儲(chǔ)存系統(tǒng)，儲(chǔ)氫材料正是在這樣的背景下產(chǎn)生的，并得以迅猛發(fā)展。
1886年美國現(xiàn)代化學(xué)奠基人Thamas Graham發(fā)現(xiàn)金屬鈀能夠大量吸氫。一個(gè)世紀(jì)以后，直到1968年美國Brookhaven國立研究所率先在儲(chǔ)氫合金的研究上獲得成功，發(fā)現(xiàn)了Mg2Ni合金也具有儲(chǔ)氫性能。1970年荷蘭菲利普研究所發(fā)現(xiàn)了LaNi5的儲(chǔ)氫性能。與此同時(shí)，美國的Brookhaven國立研究所又發(fā)現(xiàn)了FeTi儲(chǔ)氫合金，從而揭開了儲(chǔ)氫合金研究的新篇章。其中研究較多、技術(shù)相對(duì)成熟的LaNi5已被成功應(yīng)用于Ni-MH可充電池，其他合金材料的應(yīng)用也在研究中，但金屬合金儲(chǔ)氫材料存在儲(chǔ)氫容量低或放氫條件苛刻等問題，難以實(shí)現(xiàn)在燃料電池、高容量可充電池等氫能規(guī)模利用方面的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的在于提供一種單壁納米碳管可充電池電極及其制備方法，其具有很高的電化學(xué)容量及很高的循環(huán)使用壽命。
本發(fā)明提供了一種單壁納米碳管可充電池電極，其特征在于以氫電弧法制備的單壁納米碳管作為電極的電化學(xué)儲(chǔ)氫材料，含量為10～98wt.％，其余是作為骨架材料的泡沫鎳及不可避免的雜質(zhì)；電極的宏觀密度為1000～6000kg/m3；
其中所述單壁納米碳管平均直徑在1.85nm，其純度為50～75wt.％，Ni為10～20wt.％，F(xiàn)e為1～5wt.％，Co為1～5wt.％，其它為石墨粉、無定形碳及不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明還提供上述單壁納米碳管可充電池電極的制備方法，其特征在于首先采用專利申請?zhí)枮?9113021.9的氫電弧法制備平均直徑在1.85nm的單壁納米碳管；所制得的單壁納米碳管不經(jīng)提純和任何處理直接壓在泡沫鎳上成型。
本發(fā)明提供了一種新型的可充電池電極，即采用申請?zhí)枮?9113021.9的氫電弧法制備的單壁納米碳管作為電極的電化學(xué)儲(chǔ)氫材料，其平均直徑大(1.85nm，其它研究者制備的樣品平均直徑一般為1.4nm)，氫分子可以在單壁納米碳管中大量凝聚，從而與現(xiàn)有的合金電極比具有很高的電化學(xué)儲(chǔ)氫能力；另外采用申請?zhí)枮?9113021.9的氫電弧法制備的單壁納米碳管，純度可達(dá)50～75wt.％，每10～20根單壁納米碳管聚集成束狀，宏觀定向成繩，長達(dá)數(shù)厘米，具有良好的導(dǎo)電性和成型性，因而可以不經(jīng)過提純和任何處理，不需粘結(jié)劑直接壓制成電極。本發(fā)明中所用樣品量大，下述實(shí)施例中所用樣品的量均在50mg以上，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好。
以本發(fā)明電極作為工作電極，Hg/HgO作為參比電極，6MKOH為電解液，NiOH為輔助電極，然后進(jìn)行電化學(xué)儲(chǔ)氫實(shí)驗(yàn)，其電化學(xué)容量可達(dá)到503mAh/g(按活性物質(zhì)單壁納米碳管重量計(jì)算，下同)，相當(dāng)于氣相儲(chǔ)氫重量百分比為1.8wt.％，100個(gè)充放電循環(huán)后容量仍維持在最高容量的80％以上?？梢灶A(yù)見如果優(yōu)化單壁納米碳管的制備工藝，制備出更高質(zhì)量的單壁納米碳管，優(yōu)化單壁納米碳管電極的成型條件和充放電制度，將更能展現(xiàn)單壁納米碳管作為電化學(xué)儲(chǔ)氫材料的美好前景。
下面通過實(shí)施例詳述本發(fā)明。
附

圖1.單壁納米碳管的電化學(xué)儲(chǔ)氫實(shí)驗(yàn)示意圖附圖2.單壁納米碳管的透射電鏡照片附圖3.單壁納米碳管電極的電壓與時(shí)間的曲線附圖4.單壁納米碳管電極的循環(huán)壽命曲線實(shí)施例1電化學(xué)儲(chǔ)氫實(shí)驗(yàn)如附圖1。其中1為工作電極，2為參比電極，3為輔助電極。
取用專利號(hào)為99113021.9的方法制得的，平均直徑大約為1.85nm的單壁納米碳管300mg，未經(jīng)處理直接以25mg泡沫鎳為基體壓制成型，密度為6000kg/cm3，所得到單壁納米碳管電極用作工作電極，Hg/HgO作為參比電極，6MKOH為電解液，NiOH為輔助電極，電解池的溫度為25℃。單壁納米碳管電極的循環(huán)壽命實(shí)驗(yàn)以500mA/g的電流密度進(jìn)行充放電，放電時(shí)截止電位為-0.4V(vs.Hg/HgO)。單壁納米碳管的最高電化學(xué)儲(chǔ)氫量為503.4mAh/g。
實(shí)施例2電化學(xué)儲(chǔ)氫實(shí)驗(yàn)如附圖1。
取用專利號(hào)為99113021.9的方法制得的，平均直徑大約為1.85nm的單壁納米碳管200mg，未經(jīng)處理直接以25mg泡沫鎳為基體壓制成型，密度為4000kg/cm3，所得到單壁納米碳管電極用作工作電極，Hg/HgO作為參比電極，6MKOH為電解液，NiOH為輔助電極，電解池的溫度為25℃。單壁納米碳管電極的循環(huán)壽命實(shí)驗(yàn)以500mA/g的電流密度進(jìn)行充放電，放電時(shí)截止電位為-0.4V(vs.Hg/HgO)。單壁納米碳管的最高電化學(xué)儲(chǔ)氫量為503mAh/g。
實(shí)施例3電化學(xué)儲(chǔ)氫實(shí)驗(yàn)如附圖1。
取用專利號(hào)為99113021.9的方法制得的，平均直徑大約為1.85nm的單壁納米碳管160mg，未經(jīng)處理直接以25mg泡沫鎳為基體壓制成型，密度為3500kg/cm3，所得到單壁納米碳管電極用作工作電極，Hg/HgO作為參比電極，6MKOH為電解液，NiOH為輔助電極，電解池的溫度為25℃。單壁納米碳管電極的循環(huán)壽命實(shí)驗(yàn)以400mA/g的電流密度進(jìn)行充放電，放電時(shí)截止電位為-0.4V(vs.Hg/HgO)。單壁納米碳管的最高電化學(xué)儲(chǔ)氫量為502.8mAh/g。
實(shí)施例4電化學(xué)儲(chǔ)氫實(shí)驗(yàn)如附圖1。
取用專利號(hào)為99113021.9的方法制得的，平均直徑大約為1.85nm的單壁納米碳管100mg，未經(jīng)處理直接以25mg泡沫鎳為基體壓制成型，密度為2000kg/cm3，所得到單壁納米碳管電極用作工作電極，Hg/HgO作為參比電極，6MKOH為電解液，NiOH為輔助電極，電解池的溫度為25℃。單壁納米碳管電極的循環(huán)壽命實(shí)驗(yàn)以500mA/g的電流密度進(jìn)行充放電，放電時(shí)截止電位為-0.4V(vs.Hg/HgO)。單壁納米碳管的最高電化學(xué)儲(chǔ)氫量為502mAh/g。。
實(shí)施例5電化學(xué)儲(chǔ)氫實(shí)驗(yàn)如附圖1。
取用專利號(hào)為99113021.9的方法制得的，平均直徑大約為1.85nm的單壁納米碳管80mg，未經(jīng)處理直接以25mg泡沫鎳為基體壓制成型，密度為2000kg/cm3，所得到單壁納米碳管電極用作工作電極，Hg/HgO作為參比電極，6MKOH為電解液，NiOH為輔助電極，電解池的溫度為25℃。單壁納米碳管電極的循環(huán)壽命實(shí)驗(yàn)以500mA/g的電流密度進(jìn)行充放電，放電時(shí)截止電位為-0.4V(vs.Hg/HgO)。單壁納米碳管的最高電化學(xué)儲(chǔ)氫量為501.3mAh/g。
實(shí)施例6電化學(xué)儲(chǔ)氫實(shí)驗(yàn)如附圖1。
取用專利號(hào)為99113021.9的方法制得的，平均直徑大約為1.85nm的單壁納米碳管50mg，未經(jīng)處理直接以25mg泡沫鎳為基體壓制成型，密度為3500kg/cm3，所得到單壁納米碳管電極用作工作電極，Hg/HgO作為參比電極，6MKOH為電解液，NiOH為輔助電極，電解池的溫度為25℃。單壁納米碳管電極的循環(huán)壽命實(shí)驗(yàn)以500mA/g的電流密度進(jìn)行充放電，放電時(shí)截止電位為-0.4V(vs.Hg/HgO)。單壁納米碳管的最高電化學(xué)儲(chǔ)氫量為501mAh/g。
權(quán)利要求
1.一種單壁納米碳管可充電池電極，其特征在于以氫電弧法制備的單壁納米碳管作為電極的電化學(xué)儲(chǔ)氫材料。
2.按照權(quán)利要求1所述單壁納米碳管可充電池電極，其特征在于所述單壁納米碳管的含量為10～98wt.％，其余是作為骨架材料的泡沫鎳及不可避免的雜質(zhì)；電極的宏觀密度為1000～6000kg/m3。
3.按照權(quán)利要求1或2所述單壁納米碳管可充電池電極，其特征在于其中所述單壁納米碳管平均直徑在1.85nm，其純度為50～75wt.％，Ni為10～20wt.％，F(xiàn)e為1～5wt.％，Co為1～5wt.％，其它為石墨粉、無定形碳及不可避免的雜質(zhì)。
4.一種權(quán)利要求1所述單壁納米碳管可充電池電極的制備方法，其特征在于首先采用專利申請?zhí)枮?9113021.9的氫電弧法制備平均直徑在1.85nm的單壁納米碳管；所制得的單壁納米碳管不經(jīng)提純和任何處理直接壓在泡沫鎳上成型。
全文摘要
一種單壁納米碳管可充電池電極,其特征在于以氫電弧法制備的單壁納米碳管作為電極的電化學(xué)儲(chǔ)氫材料含量為10～98wt%,其余是作為骨架材料的泡沫鎳及不可避免的雜質(zhì);電極的宏觀密度為1000～6000kg/m
文檔編號(hào)H01M4/58GK1387269SQ0111394
公開日2002年12月25日 申請日期2001年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月22日
發(fā)明者成會(huì)明, 戴貴平, 陳德敏, 劉敏, 侯鵬翔, 劉暢, 白朔 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所