国产精品1024永久观看,大尺度欧美暖暖视频在线观看,亚洲宅男精品一区在线观看,欧美日韩一区二区三区视频,2021中文字幕在线观看

  • <option id="fbvk0"></option>
    1. <rt id="fbvk0"><tr id="fbvk0"></tr></rt>
      <center id="fbvk0"><optgroup id="fbvk0"></optgroup></center>
      <center id="fbvk0"></center>

      <li id="fbvk0"><abbr id="fbvk0"><dl id="fbvk0"></dl></abbr></li>

      一種電化學(xué)改性石墨電極的制作方法

      文檔序號(hào):7181941閱讀:310來(lái)源:國(guó)知局
      專(zhuān)利名稱(chēng):一種電化學(xué)改性石墨電極的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種電化學(xué)改性石墨電極,屬于應(yīng)用電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
      背景技術(shù)
      應(yīng)用電化學(xué)是將有關(guān)的電化學(xué)原理應(yīng)用于與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程相關(guān)的領(lǐng)域,其任務(wù)是 多種多樣的,其中重要的有電化學(xué)新能源體系的開(kāi)發(fā)和利用,金屬的表面精飾,電化學(xué)腐 蝕和防護(hù),電化學(xué)傳感器的開(kāi)發(fā)以及無(wú)機(jī)、有機(jī)化合物的電解合成等。應(yīng)用電化學(xué)工業(yè)離不 開(kāi)電極,電極材料的選擇極為重要。電極過(guò)程的方向和動(dòng)力學(xué)、電極和電解槽的結(jié)構(gòu)型式與 電槽壽命、維修費(fèi)用和勞動(dòng)力消耗以及工藝過(guò)程的動(dòng)力指標(biāo)等都在很大程度上取決于電極 的結(jié)構(gòu)和所用的材料,尤其是在進(jìn)行電極型式和電槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),都和電極材料的耐用性、 導(dǎo)電性、電催化活性和電能消耗有著密切的關(guān)系,不斷研制性能優(yōu)越的新型電極材料始終 受到很大的關(guān)注。 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們對(duì)綠色能源和生態(tài)環(huán)境越來(lái)越關(guān)注。電化學(xué)電容器 (也叫做超級(jí)電容器)作為一種新型儲(chǔ)能器件,日益受到重視。與目前廣泛使用的各種儲(chǔ)能 器件相比,電化學(xué)電容器電荷存儲(chǔ)能力遠(yuǎn)高于物理電容器,充放電速度和效率又優(yōu)于一次 或二次電池。此外,電化學(xué)電容器還具有對(duì)環(huán)境無(wú)污染、循環(huán)壽命長(zhǎng)、使用溫度范圍寬、安全 性高等特點(diǎn)。電化學(xué)電容器與氫動(dòng)力汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展密切相關(guān),與燃 料電池、鋰離子電池等能量供給器件相結(jié)合,能夠滿足啟動(dòng)、爬坡等條件下的瞬時(shí)高功率需 求。 電化學(xué)電容器技術(shù)的發(fā)展核心是電極材料。電化學(xué)電容器按照儲(chǔ)能機(jī)制可分為兩 種雙電層電容器和法拉第準(zhǔn)電容器。雙電層電容器依靠電極材料與電解質(zhì)界面形成的電 化學(xué)雙電層來(lái)存儲(chǔ)電荷,電極材料要求具有高比表面積,典型材料是多孔炭材料(例如,活 性碳),電解質(zhì)為有機(jī)或水溶液體系,為了滿足更高的能量密度要求實(shí)用中大多采用有機(jī)溶 液體系;然而,多孔炭材料的能量密度和功率密度在大電流密度條件下通常迅速衰減,很難 滿足電動(dòng)汽車(chē)等對(duì)電化學(xué)電容器高能量/高功率密度的迫切需求。法拉第準(zhǔn)電容器依賴(lài)電 極材料在電解質(zhì)中的快速氧化還原反應(yīng)來(lái)存儲(chǔ)電荷,電解質(zhì)通常為水溶液體系;電極材料 要求具有可逆的、快速氧化還原反應(yīng),典型材料是過(guò)渡族金屬氧化物(例如,水合氧化釕) 和導(dǎo)電聚合物(例如,聚苯胺),它們?cè)趩挝幻娣e上可以存儲(chǔ)更多的電荷;然而,它們存在材 料成本高,穩(wěn)定性能差,使用壽命短等缺點(diǎn)。 石墨晶體結(jié)構(gòu)完整,穩(wěn)定性好,導(dǎo)電性高,通常作為電化學(xué)電容器電極的導(dǎo)電劑。 在美國(guó)專(zhuān)利US2009059474A1和US2009061312A1中公開(kāi)了一種石墨作為導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合電 化學(xué)電容器電極材料及其制備方法。在中國(guó)專(zhuān)利CN101009161A中公開(kāi)了一種高比表面鱗 片狀石墨作為電極材料的電化學(xué)電容器,展示了可以比擬活性碳的優(yōu)異雙電層電容特性。 H. Y. Wang等人(Electrochem. Commun. 10 (2008) 382)的研究表明石墨可以作為混合電化學(xué) 電容器的正極材料。然而,利用石墨電極的準(zhǔn)電容特性作為電化學(xué)電容器的電極至今尚未 見(jiàn)報(bào)道。
      眾所周知,碳材料經(jīng)過(guò)化學(xué)或電化學(xué)氧化處理后,其表面會(huì)生成含氧活性基團(tuán),從 而具有了一定的準(zhǔn)電容特性。Sullivan等人(J. Electrochem. Soc. 147(2000)2636)報(bào)道了 玻碳電極經(jīng)過(guò)電化學(xué)改性后,具有準(zhǔn)電容特性,可以作為電化學(xué)電容器的電極材料,但存在 準(zhǔn)電容量低、使用的玻碳電極價(jià)格高、電化學(xué)活化時(shí)間較長(zhǎng)等缺點(diǎn)。綜合上述雙電層電容器 和法拉第準(zhǔn)電容器電極材料的優(yōu)缺點(diǎn),可以看出,開(kāi)發(fā)一種高能量/高功率密度、低材料成 本、高穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽命的并可工業(yè)化生產(chǎn)的電極材料是電化學(xué)電容器目前急需解決的一個(gè) 關(guān)鍵問(wèn)題。

      發(fā)明內(nèi)容
      針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足,本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是,提供一種電化學(xué)改性 石墨電極,其具有高能量及高功率密度、高導(dǎo)電性、低材料成本、高穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽命等特點(diǎn), 并且制造簡(jiǎn)易、生產(chǎn)成本低。 為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明采取的技術(shù)方案是, 一種電化學(xué)改性石墨電極,其由 石墨本體和活化層組成,活化層附著在石墨本體的表面上;其中石墨本體是由石墨材料
      構(gòu)成的塊體;活化層是直接由石墨本體在具有離子導(dǎo)電性的水性電解質(zhì)溶液中經(jīng)過(guò)電化學(xué) 氧化和電化學(xué)還原循環(huán)處理后得到的產(chǎn)物。 上述的電極,其所述在電化學(xué)氧化和電化學(xué)還原之間的循環(huán)處理,包括對(duì)石墨本
      體進(jìn)行恒電位控制或恒電流控制的方式進(jìn)行處理。其中對(duì)石墨本體進(jìn)行恒電位控制的處
      理方式為在具有離子導(dǎo)電性的水性電解質(zhì)溶液中,首先恒定電極電位在析氧電位以上進(jìn)
      行陽(yáng)極電化學(xué)氧化,然后再恒定電極電位在析氧電位以下進(jìn)行陰極電化學(xué)還原的操作重復(fù)
      進(jìn)行,直至得到的活化層的厚度滿足要求。對(duì)石墨本體進(jìn)行恒電流控制的處理方式為首先
      恒定電流密度為1 300mA/ci^進(jìn)行陽(yáng)極電化學(xué)氧化,然后再恒定電流密度為-1 -300mA/
      cm2進(jìn)行陰極電化學(xué)還原的操作重復(fù)進(jìn)行,直至得到的活化層的厚度滿足要求。 無(wú)論是采用恒電位控制方式的電化學(xué)改性,還是采用恒電流控制方式的電化學(xué)改
      性,它們?cè)谠砩鲜且粯拥摹<丛诎l(fā)生析氧反應(yīng)的同時(shí)對(duì)石墨本體進(jìn)行陽(yáng)極電化學(xué)氧化,初
      始時(shí)石墨本體表面會(huì)生成一層多孔性的過(guò)氧化石墨,由于過(guò)氧化石墨導(dǎo)電性差,導(dǎo)致陽(yáng)極
      電流只能通過(guò)多孔性的過(guò)氧化石墨層向石墨本體深度方向發(fā)展。因此,單一的陽(yáng)極氧化過(guò)
      程只能形成粗大的、多孔性的過(guò)氧化石墨層。在陽(yáng)極氧化后,進(jìn)行在析氧電位以下的陰極還
      原過(guò)程可以將過(guò)氧化石墨層100%還原為石墨。之后再進(jìn)行陽(yáng)極電化學(xué)氧化,陽(yáng)極電流除了
      作用于石墨本體,還會(huì)繼續(xù)氧化已被還原的石墨,使得活化層晶粒細(xì)化和含有更多的多孔
      性的過(guò)氧化石墨。陽(yáng)極電化學(xué)氧化-陰極電化學(xué)還原的操作重復(fù)進(jìn)行,即循環(huán)處理過(guò)程,將
      有利于形成具有一定厚度的、粗糙的、多孔的、含有豐富含氧活性官能團(tuán)的和微晶片狀結(jié)構(gòu)
      的活化層。在本發(fā)明中,陽(yáng)極電化學(xué)氧化所施加的恒定電位越正或恒定電流密度越大,以及
      陰極電化學(xué)還原所施加的恒定電位越負(fù)或恒定電流密度越大,則所需要的循環(huán)處理的次數(shù)
      和時(shí)間就越少。本發(fā)明對(duì)循環(huán)處理的次數(shù)和時(shí)間沒(méi)有進(jìn)行限定,主要是基于通過(guò)控制活化
      層的厚度作為是否達(dá)到預(yù)定效果作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。 上述的電極,其所述的電化學(xué)改性是在具有離子導(dǎo)電性的水性電解質(zhì)溶液進(jìn)行 的;所說(shuō)的水性電解質(zhì)溶液是無(wú)機(jī)化合物或有機(jī)化合物溶解在水中形成的,優(yōu)先是H2S04或 HC104的水溶液。合適的水性電解質(zhì)溶液要求具有很高的離子導(dǎo)電性,要求有利于高效地形成粗糙的、多孔的活性層。H^04或HC104的水溶液離子導(dǎo)電性高,陰離子在陽(yáng)極吸附弱,從 而有利于在短時(shí)間內(nèi)形成活化層。 上述的電極,為了滿足更高使用強(qiáng)度的要求,其所述的活化層可以進(jìn)一步是直接 由石墨本體在具有離子導(dǎo)電性的水性電解質(zhì)溶液中經(jīng)過(guò)在電化學(xué)氧化和電化學(xué)還原循環(huán)
      處理后得到的產(chǎn)物,再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步機(jī)械壓制,從而附著在由天然石墨或人工石墨塊體材料
      組成的石墨本體表面上。由于活化層是直接生長(zhǎng)在石墨本體上的,因此具有非常好的電接
      觸性能,保證了作為電化學(xué)電容器電極具有很小的內(nèi)阻,可以獲得更高的輸出功率。 上述的電極,其所述的活化層附著在石墨本體的局部或全部表面上。也就是說(shuō),活
      化層在石墨本體表面上的分布是任意的局部或全部,用以滿足電化學(xué)電容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。 上述的電極,其所述的活化層是由表面含有含氧活性官能團(tuán)的微晶片狀結(jié)構(gòu)組 成,并且活化層粗糙、多?L。活化層的粗糙化和多孔化有利于得到更多的活性表面積和電解 質(zhì)的傳輸;而表面含有含氧活性官能團(tuán)的微晶片狀結(jié)構(gòu)組成,則由于大量存在的含氧活性 官能團(tuán)的氧化還原反應(yīng),使其具有很高的準(zhǔn)電容特性,在單位面積上可以存儲(chǔ)更多的電荷, 從而具有更高的比能量密度。 上述的電極,其所述活化層的厚度為l微米 200微米?;罨瘜釉胶瘢娙萘吭酱?, 可以存儲(chǔ)的電荷越多?;罨瘜雍穸刃∮趌微米時(shí)電容量太小,實(shí)用價(jià)值小?;罨瘜雍穸却?于200微米時(shí),則活化層容易發(fā)生剝離,電極穩(wěn)定性差。因此,活化層厚度為1微米 200 微米較為合適。這一厚度范圍應(yīng)用于電化學(xué)電容器,使其具有更高的比功率密度。
      上述的電極,其所述的石墨本體是絲狀、網(wǎng)狀、片狀、柱狀、球狀或不規(guī)則形狀的石 墨塊體,其六方晶體和斜方晶體比為任意數(shù)值。也就是說(shuō)對(duì)石墨本體材料的形狀和具體晶 型沒(méi)有特殊要求。 本發(fā)明的電化學(xué)改性石墨電極,適合用作電化學(xué)電容器的電極材料,其具有高能 量及高功率密度、高導(dǎo)電性、低材料成本、高穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽命等特點(diǎn),并且制造簡(jiǎn)易、生產(chǎn)成 本低。本發(fā)明的電化學(xué)改性石墨電極還可以廣泛應(yīng)用于電化學(xué)儲(chǔ)氫、電化學(xué)傳感器、鋰離子 電池、鎳氫電池、燃料電池、水電解、污水處理、有機(jī)物電合成、電滲析和電沉積等應(yīng)用電化 學(xué)工程中作為電極材料使用。


      下面結(jié)合具體實(shí)施例及其附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
      圖1為本發(fā)明電化學(xué)改性石墨電極實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖; 圖2為本發(fā)明電化學(xué)改性石墨電極活性層的掃描電鏡照片(SEM); 圖3為未電化學(xué)改性石墨電極(a)和本發(fā)明電化學(xué)改性石墨電極(b)的X-射線
      光電子能譜(XPS); 圖4為未電化學(xué)改性石墨電極(a,50mVs—0和電化學(xué)改性石墨電極(b,3mVs—1 ;c, 5mVs—1 ;d,10mVs—1 ;e,20mVs—1 ;f,50mVs—0的循環(huán)伏安曲線;
      圖5為電化學(xué)改性石墨電極的充放電曲線。
      具體實(shí)施例方式
      本發(fā)明的電化學(xué)改性石墨電極的結(jié)構(gòu)如圖1所示,它是由石墨本體1和活化層2 組成,活化層2附著在石墨本體1的表面上;石墨本體1是由天然石墨或人工石墨組成的塊 體材料;所述的活化層2是直接由石墨本體1在具有離子導(dǎo)電性的水性電解質(zhì)溶液中經(jīng)過(guò) 在電化學(xué)氧化和電化學(xué)還原之間的循環(huán)處理后而得到的產(chǎn)物,并附著在石墨本體1的表面 上?;罨瘜?可以經(jīng)過(guò)進(jìn)一步機(jī)械壓制,并可附著在石墨本體表面上的局部或全部?;罨瘜?2是由表面含有含氧活性官能團(tuán)的微晶片狀結(jié)構(gòu)組成,并且是粗糙的和多孔的,其厚度為1 微米 200微米。石墨本體1是絲狀、網(wǎng)狀、片狀、柱狀、球狀或不規(guī)則形狀的塊體材料,其 六方晶體和斜方晶體比為任意數(shù)值。所述的具有離子導(dǎo)電性的水性電解質(zhì)溶液是無(wú)機(jī)化合 物或有機(jī)化合物溶解在水中形成的,優(yōu)選H2S04或HC104的水溶液。所述的在電化學(xué)氧化和 電化學(xué)還原之間的循環(huán)處理,包括對(duì)石墨本體進(jìn)行恒電位控制或恒電流控制的方式進(jìn)行處 理。其中對(duì)石墨本體進(jìn)行恒電位控制的處理方式為在具有離子導(dǎo)電性的水性電解質(zhì)溶 液中,首先恒定電極電位在析氧電位以上進(jìn)行陽(yáng)極電化學(xué)氧化,然后再恒定電極電位在析 氧電位以下進(jìn)行陰極電化學(xué)還原的操作重復(fù)進(jìn)行,直至得到的活化層的厚度滿足要求。對(duì) 石墨本體進(jìn)行恒電流控制的處理方式為首先恒定電流密度為1 300mA/cn^進(jìn)行陽(yáng)極電 化學(xué)氧化,然后再恒定電流密度為-1 -300mA/cm2進(jìn)行陰極電化學(xué)還原的操作重復(fù)進(jìn)行, 直至得到的活化層的厚度滿足要求。下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
      實(shí)施例1 : 該電極以人工石墨板材為石墨本體l,先將其端面的一部分(lcm2)暴露于2M H2S04水溶液中,通過(guò)恒電流脈沖對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)氧化和電化學(xué)還原之間的循環(huán)處理首先 恒定陽(yáng)極電流密度為260mA/cm2,陽(yáng)極氧化處理200s ;之后再恒定陰極電流密度為_(kāi)220mA/ cm2,陰極還原處理120s ;循環(huán)上述處理過(guò)程6次,最后再經(jīng)過(guò)機(jī)械冷壓,得到厚度為40微米 的活性層2。通過(guò)這一電化學(xué)改性處理,其SEM圖片如圖2所示。從圖2中可以看到活性 層2是由許多的微晶片狀結(jié)構(gòu)組成,并且是粗糙的和多孔的。進(jìn)一步通過(guò)XPS對(duì)石墨本體 1和活性層2表面的元素組成進(jìn)行分析,結(jié)果如圖3所示。從圖3中可以看到,相比于石墨 本體1,經(jīng)過(guò)電化學(xué)改性得到的活性層2中微晶片狀結(jié)構(gòu)表面的01s/Cls峰相對(duì)強(qiáng)度大幅度 增加,即01s/Cls摩爾比大大提高,表明活化層2是由表面含有含氧活性官能團(tuán)的微晶片狀 結(jié)構(gòu)組成。 將上述人工石墨板材和經(jīng)過(guò)電化學(xué)改性的石墨電極置于2. 3M H2S04水溶液中,采 用標(biāo)準(zhǔn)的三電極體系進(jìn)行電化學(xué)電容特性評(píng)價(jià)。圖4是未電化學(xué)改性的人工石墨板材石墨 電極和經(jīng)過(guò)電化學(xué)改性的石墨電極的循環(huán)伏安曲線。從圖4中可以看到,未電化學(xué)改性石 墨電極沒(méi)有清晰的氧化還原峰,表明沒(méi)有準(zhǔn)電容特性;而電化學(xué)改性石墨電極在0. 4VVS.SCE 附近出現(xiàn)了一對(duì)寬而高的氧化還原峰,其對(duì)應(yīng)含氧活性官能團(tuán)的氧化還原反應(yīng),并且曲線 的形狀是沿著對(duì)角線方向?qū)ΨQ(chēng)的,表明電化學(xué)改性石墨電極具有可逆的、大容量的準(zhǔn)電容 特性,可以用來(lái)作為電化學(xué)電容器的電極材料。圖5是電化學(xué)改性石墨電極的充放電曲線。 從圖5中可以看到,其充放電曲線特征是對(duì)稱(chēng)的,再次表現(xiàn)出非常優(yōu)異的電化學(xué)電容特性。 電化學(xué)改性石墨電極的電容量可以基于方程《=(iXdt)/dE計(jì)算得到。在2mA充放電流 下的電容量為2. 08Fcm—2,在100mA充放電流下的電容量為1. 70Fcm—2,在充電電流提高50倍 的情況下電容量保持率仍能達(dá)到82% 。在2mA充放電流下的體積比電容量達(dá)到了 520Fcm一3。這里電化學(xué)改性石墨電極不僅用來(lái)儲(chǔ)能,也起到集流體的作用,因此電極材料內(nèi)阻大為降低。 通過(guò)上萬(wàn)次的循環(huán)極化測(cè)試,電容量保持率仍能達(dá)到80%,表明其具有較高的穩(wěn)定性能。
      實(shí)施例2 : 該電極以天然石墨制成的圓柱體為石墨本體l,其表面積10ci^,將其整體暴露于 1M HC104水溶液中,通過(guò)恒電位脈沖進(jìn)行電化學(xué)氧化和電化學(xué)還原之間的循環(huán)處理首先 恒定陽(yáng)極電位為2. 5VVS.SCE,陽(yáng)極氧化處理500s ;之后再恒定陰極電位為0. 2VVS.SCE,陰極還原 處400s ;最后循環(huán)上述處理過(guò)程8次,得到了厚度為180微米的活性層2。該活性層2的 微觀結(jié)構(gòu)特征與實(shí)施例1中的非常類(lèi)似,在此不再累述。將上述經(jīng)過(guò)電化學(xué)改性的石墨電 極置于2. 3M H2S04水溶液中,采用標(biāo)準(zhǔn)的三電極體系進(jìn)行電化學(xué)電容特性評(píng)價(jià)。在2mA充 放電流下的電容量為9. 2Fcm—2,在100mA充放電流下的電容量為8. 29Fcm—2,在充電電流提 高50倍的情況下電容量保持率仍能達(dá)到90% 。在2mA充放電流下的體積比電容量達(dá)到了 511Fcm—3。 實(shí)施例3 : 該電極以人工石墨網(wǎng)為石墨本體l,其表面積3cm、將其整體暴露于3M NaOH水溶 液中,通過(guò)恒電位脈沖進(jìn)行電化學(xué)氧化和電化學(xué)還原之間的循環(huán)處理首先恒定陽(yáng)極電位 為1. 0VVS.SCE,陽(yáng)極氧化處理1000s ;之后再恒定陰極電位為-1. 0VVS.SCE,陰極還原處300s ;最 后循環(huán)上述處理過(guò)程10次,得到了厚度為100微米的活性層2。該活性層2的微觀結(jié)構(gòu)特 征與實(shí)施例1中的非常類(lèi)似,在此不再累述。將上述經(jīng)過(guò)電化學(xué)改性的石墨電極置于2. 3M H2S04水溶液中,采用標(biāo)準(zhǔn)的三電極體系進(jìn)行電化學(xué)電容特性評(píng)價(jià)。在2mA充放電流下的電 容量為3. 8Fcm—2,在100mA充放電流下的電容量為3. 04Fcm—2,在充電電流提高50倍的情況 下電容量保持率仍能達(dá)到80%。在2mA充放電流下的體積比電容量達(dá)到了 380Fcm一3。
      實(shí)施例4 : 該電極以人工膨脹石墨為石墨本體l,將其表面積1cm2的局部表面暴露于1M KC1 水溶液中,通過(guò)恒電流脈沖進(jìn)行電化學(xué)氧化和電化學(xué)還原之間的循環(huán)處理首先恒定陽(yáng)極 電流密度為50mA/cm2,陽(yáng)極氧化處300s ;之后再恒定陰極電流密度為-50mA/cm2,陰極還原 處理100s;最后循環(huán)上述處理過(guò)程3次,得到了厚度為8微米的活性層2。該活性層2的 微觀結(jié)構(gòu)特征與實(shí)施例1中的非常類(lèi)似,在此不再累述。將上述經(jīng)過(guò)電化學(xué)改性的石墨電 極置于2. 3M H2S04水溶液中,采用標(biāo)準(zhǔn)的三電極體系進(jìn)行電化學(xué)電容特性評(píng)價(jià)。在2mA充 放電流下的電容量為0. 2Fcm—2,在100mA充放電流下的電容量為0. 16Fcm—2,在充電電流提 高50倍的情況下電容量保持率仍能達(dá)到80% 。在2mA充放電流下的體積比電容量達(dá)到了 250Fcm—3。 實(shí)施例5 : 該電極以天然石墨纖維氈為石墨本體l,其表面積10cm、將其整體暴露于6M甲酸 水溶液中,通過(guò)恒電流脈沖進(jìn)行電化學(xué)氧化和電化學(xué)還原之間的循環(huán)處理首先恒定陽(yáng)極 電流密度為5mA/cm2,陽(yáng)極氧化處理3600s ;之后再恒定陰極電流密度為-10mA/Cm2,陰極還 原處理1000s ;循環(huán)上述處理過(guò)程4次,最后再經(jīng)過(guò)機(jī)械熱壓,得到了厚度為5微米的活性 層2。該活性層2的微觀結(jié)構(gòu)特征與實(shí)施例1中的非常類(lèi)似,在此不再累述。將上述經(jīng)過(guò)電化 學(xué)改性的石墨電極置于2. 3M H2S04水溶液中,采用標(biāo)準(zhǔn)的三電極體系進(jìn)行電化學(xué)電容特性 評(píng)價(jià)。在2mA充放電流下的電容量為0. lFcm—2,在100mA充放電流下的電容量為0. 07Fcm—2,在充電電流提高50倍的情況下電容量保持率70% 。在2mA充放電流下的體積比電容量達(dá) 到了 200Fcm—3。 上述實(shí)施例結(jié)果表明電化學(xué)改性石墨電極用于電化學(xué)電容器的電極材料具有高 能量、高功率密度和高速充放電性能。此外,還具有高導(dǎo)電性、低材料成本、高穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽 命、制造簡(jiǎn)易和生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。 以上所述,僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例,并不能被理解為是對(duì)本發(fā)明作任何形式上 的限制,任何所屬領(lǐng)域技術(shù)人員,在未突破本發(fā)明所公開(kāi)的技術(shù)方案的范圍內(nèi),利用本發(fā)明 揭示的創(chuàng)新技術(shù)所作出的局部更動(dòng)或修飾的等效技術(shù)置換,均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
      盡管這里只介紹了利用本發(fā)明的電化學(xué)改性石墨電極用于電化學(xué)電容器,但并不 能被理解為是對(duì)本發(fā)明作下述應(yīng)用上的限制。利用本發(fā)明的電化學(xué)改性石墨電極也可以廣 泛應(yīng)用于電化學(xué)儲(chǔ)氫、電化學(xué)傳感器、鋰離子電池、鎳氫電池、燃料電池、水電解、污水處理、 有機(jī)物電合成、電滲析和電沉積等應(yīng)用電化學(xué)工程中作為電極材料使用。
      權(quán)利要求
      一種電化學(xué)改性石墨電極,其由石墨本體、活化層構(gòu)成,所述石墨本體由石墨塊體材料組成,活化層附著在石墨本體表面上;其特征在于所述的活化層(2)是直接由石墨本體(1)在具有離子導(dǎo)電性的水性電解質(zhì)溶液中經(jīng)過(guò)電化學(xué)氧化和電化學(xué)還原之間的循環(huán)處理后得到的產(chǎn)物。
      2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)改性石墨電極,其特征在于所述在電化學(xué)氧化和電 化學(xué)還原之間的循環(huán)處理,其包括在具有離子導(dǎo)電性的水性電解質(zhì)溶液中,首先將電極電位恒定在析氧電位以上對(duì)石墨 本體(1)進(jìn)行陽(yáng)極電化學(xué)氧化,然后再將電極電位恒定在析氧電位以下對(duì)石墨本體(1)進(jìn) 行陰極電化學(xué)還原,重復(fù)進(jìn)行操作,直至得到的活化層(2)厚度滿足要求;或者在具有離子導(dǎo)電性的水性電解質(zhì)溶液中,首先恒定電流密度為1 300mA/cm2對(duì)石墨 本體(1)進(jìn)行陽(yáng)極電化學(xué)氧化,然后再恒定電流密度為-l-300mA/cn^對(duì)石墨本體(1)進(jìn)行 陰極電化學(xué)還原,重復(fù)進(jìn)行操作,直至得到的活化層(2)的厚度滿足要求。
      3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)改性石墨電極,其特征在于所述具有離子導(dǎo)電性的 水性電解質(zhì)溶液是由無(wú)機(jī)化合物或有機(jī)化合物溶解在水中形成的電解質(zhì)溶液。
      4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)改性石墨電極,其特征在于所述水性電解質(zhì)溶液是 112504或11(:104的水溶液。
      5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電化學(xué)改性石墨電極,其特征在于所述的石墨本體(1)由 天然石墨或人工石墨塊體材料組成;并對(duì)附著在石墨本體(1)表面上的活化層(2)進(jìn)行機(jī) 械壓制。
      6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電化學(xué)改性石墨電極,其特征在于所述的活化層(2)附著 在石墨本體(1)的部分或全部表面上。
      7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電化學(xué)改性石墨電極,其特征在于所述的活化層(2)由表 面含有含氧活性官能團(tuán)的微晶片狀結(jié)構(gòu)組成,其粗糙、多孔。
      8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電化學(xué)改性石墨電極,其特征在于所述活化層(2)的厚度 為1微米 200微米。
      9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電化學(xué)改性石墨電極,其特征在于所述的石墨本體(1)是 絲狀、網(wǎng)狀、片狀、柱狀、球狀或不規(guī)則形狀石墨塊體材料,其六方晶體與斜方晶體比為任意 數(shù)值。
      全文摘要
      本發(fā)明公開(kāi)了一種電化學(xué)改性石墨電極,其由石墨本體、活化層構(gòu)成,活化層附著在石墨本體表面上;其特征在于所述的活化層(2)是直接由石墨本體(1)在具有離子導(dǎo)電性的水性電解質(zhì)溶液中經(jīng)過(guò)電化學(xué)氧化和電化學(xué)還原之間的循環(huán)處理后得到的產(chǎn)物。將該電化學(xué)改性石墨電極用作電化學(xué)電容器的電極材料,具有高能量、高功率密度和高速充放電性能;還具有高導(dǎo)電性、低材料成本、高穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽命、制造簡(jiǎn)易和生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。此外,本發(fā)明的電化學(xué)改性石墨電極也可以廣泛應(yīng)用于各應(yīng)用電化學(xué)工程中作為電極材料使用。
      文檔編號(hào)H01G9/058GK101697323SQ20091022945
      公開(kāi)日2010年4月21日 申請(qǐng)日期2009年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月26日
      發(fā)明者徐海波, 蘆永紅, 范新莊 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋大學(xué);
      網(wǎng)友詢(xún)問(wèn)留言 已有0條留言
      • 還沒(méi)有人留言評(píng)論。精彩留言會(huì)獲得點(diǎn)贊!
      1