一种W制造技术

本发明专利技术涉及一种W

【技术实现步骤摘要】
一种W
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O
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/碳纸复合电极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种W
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O
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/碳纸复合电极材料及其制备方法，属于超级电容器电极材料的


技术介绍

[0002]超级电容器作为目前应用最广的电化学储能设备之一，其功率密度远远高于蓄电池，能量密度大约是传统电容器的10
‑
100倍，具有循环寿命长、功率密度高、充放电速度快等优点。在太阳能能源系统、风力发电系统、新能源汽车、智能电网等领域得到了广泛的应用。开发大容量、高能量密度和功率密度、长生命周期的高性能超级电容器势在必行。
[0003]非氧缺位的化学计量比的氧化钨(WO3‑
X
)，如WO
2.90
(W
20
O
58
)、WO
2.83
(W
24
O
68
)、WO
2.80
(W5O
14
)、WO
2.72
(W
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)等。这些钨的氧化物因其独特的光致变色、气致变色、光催化等性能，被广泛应用于各种设备中，如场发射设备、光催化、气敏传感器、电致变色器件等。其中，单斜相的W
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在已经报道的WO
2.625
‑3范围中具有最多的氧缺陷氧化物，也是目前唯一已知的以纯态形式存在非化学计量比的钨氧化物。斜相W
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是具有最多氧缺陷，且唯一已知以纯态形式存在的钨氧化物。W
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由有序的角/边共享WO6框架连接的网格网络形成了三角、四边形和六边形隧道组成的开放结构。这种结构固有的间隙使W
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O49成为H
+
调节和扩散的良好宿主。从而拥有较好的电化学性能。
[0004]此外，W
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在方向上具有很强的各向异性生长行为，容易形成三维纳米结构，如纳米线、纳米棒、纳米带等。表面大量暴露的氧空位在一维结构中具有较大的面体积比，增加电化学性能。W
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包覆碳纤维复合材料采用微波辅助溶剂热法包覆在碳纤维表面的W
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纳米材料，只采用微波辅助，方法单一，且制备的纳米材料铺到碳纤维一层，不能具有较好的空隙增加比表面积从而增加电解液的润湿性和H+离子的浸入。碳纤维@氧化钨纳米颗粒核壳复合结构采用在真空炉中，在载气的作用下，先用高温加热浸泡过WO3悬浊液的碳纤维，再在低温下，空气中退火得到复合材料，其制备过程反应时间长，需要较高温度，制备的纳米材料不能定向形核长大，限制了应用。具有电致变色性能的W
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O
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/WO3复合薄膜利用直流反应溅射法在清洁的透明导电玻璃表面沉积氧化钨，在进行退火得到WO3层然后在进行水热进行掺杂，其制备过程相对比较繁琐，且需要退火工艺得到的材料相对不均匀。用于锂硫电池电极的W
18
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纳米棒
‑
碳复合材料采用先进行水热，然后在进行退火得到W
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纳米棒
‑
碳复合材料作为锂硫电池电极的正极材料，该过程繁琐，且需要退火工艺，制备的W
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形貌棒状，拥有较小的比表面积，且相互之间链接不紧密；在电极材料的制造过程中加入导电剂和粘结剂影响电池的理论活性接触面积。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中W
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电极材料存在的循环寿命较差、倍率性能较差问题，本专利技术提供一种W
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/碳纸复合电极材料及其制备方法，即在碳纸集流体的碳纤维表面原位生长W
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氧化物纳米片，W
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氧化物纳米片生长均匀，含有较多氧缺陷可提高电极材料的电化
学性能，W
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氧化物纳米片原位沉积到碳纤维骨架上，增大接触面积，加强循环稳定性和倍率性能；故，W
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/碳纸复合电极材料具有高比容量、良好的循环性能和机械性能，作为电极应用于超级电容器表现出较好的倍率性能和循环性能。
[0006]一种W
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/碳纸复合电极材料，以碳纸为集流体，W
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氧化物纳米片原位生长在碳纸集流体的碳纤维表面形成W
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/碳纸复合电极材料，W
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氧化物纳米片的长度为100
‑
300nm、W
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氧化物纳米片层的厚度为5
‑
20nm。
[0007]所述W
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/碳纸复合电极材料的制备方法，具体步骤如下：
[0008](1)将依次经水和乙醇超声清洗的碳纸置于丙酮中超声处理10～20min，然后置于重铬酸钾
‑
硫酸溶液中预处理，最后用水洗涤碳纸得到预处理碳纸(亲水性碳纸)；
[0009](2)将钨源超声溶解在醇溶液中得到钨源
‑
醇前驱体溶液；
[0010](3)预处理碳纸加入到钨源
‑
醇溶液中，在温度120～180℃下密封反应12～24h，冷却至室温，固液分离，固体经洗涤、干燥即得W
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/碳纸复合电极材料，W
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氧化物纳米片原位生长在碳纸集流体的碳纤维表面。
[0011]本专利技术通过合理的控制反应时间、反应温度、实现了W
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在碳纸上均匀分布；钨源溶解在醇溶液内，在加热保温条件下，通过缩聚反应二个醇钨化物发生缩聚形成由氧桥连接的钨氧化物和醚分子，而在形核过程中以碳纤维骨架为基底能够均匀的长大。
[0012]所述步骤(1)水为去离子水、超纯水或蒸馏水。
[0013]所述重铬酸钾
‑
硫酸溶液中重铬酸钾浓度为0.5～3mol/L，硫酸浓度为0.5～2mol/L。
[0014]所述步骤(2)钨源为WCl6、NaWO4、WCl5、W(CO)6、W(C2H5O)6；醇溶液为甲醇、乙醇或丙醇。
[0015]所述钨源
‑
醇前驱体溶液中钨源浓度为1～8g/L。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种W
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/碳纸复合电极材料，其特征在于：以碳纸为集流体，W
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氧化物纳米片原位生长在碳纸集流体的碳纤维表面形成W
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49
/碳纸复合电极材料，W
18
O
49
氧化物纳米片的长度为100
‑
300nm、W
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49
氧化物纳米片层的厚度为5
‑
20nm。2.权利要求1所述W
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49
/碳纸复合电极材料的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：（1）将超声清洗的碳纸置于丙酮中超声处理10~20min，然后置于重铬酸钾
‑
硫酸溶液中预处理，采用水洗涤碳纸得到预处理碳纸；（2）将钨源超声溶解在醇溶液中得到钨源
‑
醇前驱体溶液；（3）预处理碳纸加入到钨源
‑
醇溶液中，在温度120~180℃下密封反应12~24h，冷却至室温，固液分离，固体经洗涤、干燥即得W
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/碳纸复合电极材料，W
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氧化物纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝晨，胡劲，王恺钊，吴家乐，王轩禹，王开军，张维钧，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：