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专利号: 201811454826X
申请人: 湖南师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种负载磷酸铁/聚苯胺的石墨毡电极材料,其特征在于:以预氧化石墨毡作为基质,平均粒径10~20μm的磷酸铁微球串联在平均直径6~8μm的预氧化石墨毡纤维上,聚苯胺以无定形态插层于磷酸铁微球中,并附着于磷酸铁微球以及预氧化石墨毡纤维的表面。

2.根据权利要求1所述负载磷酸铁/聚苯胺的石墨毡电极材料,其特征在于:所述磷酸铁的负载量相当于预氧化石墨毡质量的30~50%;所述聚苯胺的负载量相当于预氧化石墨毡质量的35~60%;所述预氧化石墨毡的处理方法为:将石墨毡浸润于双氧水后,再进行热处理,洗涤,真空干燥,得预氧化石墨毡;所述石墨毡与双氧水的质量体积比为1:10~30;所述双氧水的质量分数为10~20%;所述热处理的温度为100~150℃,时间为2~4 h。

3.一种如权利要求1或2所述负载磷酸铁/聚苯胺的石墨毡电极材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

(1)将预氧化石墨毡置于三价铁盐水溶液中,搅拌,再加入磷酸二氢盐水溶液,搅拌均匀后,置于密闭反应釜中,进行水热反应,自然冷却至室温后,取出石墨毡,洗涤,真空干燥,得负载磷酸铁的石墨毡;

(2)将步骤(1)所得负载磷酸铁的石墨毡作为工作电极,磷酸溶液作为电解液,并将苯胺水溶液加入电解液中,采用循环伏安法将苯胺电聚合到负载磷酸铁的石墨毡上,取出石墨毡,洗涤,真空干燥,得负载磷酸铁/聚苯胺的石墨毡电极材料。

4.根据权利要求3所述负载磷酸铁/聚苯胺的石墨毡电极材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,所述预氧化石墨毡与三价铁盐水溶液的质量体积比为1:5~10;所述三价铁盐水溶液中铁离子的摩尔浓度为4~40 mmol/L;所述三价铁盐为硝酸铁、硫酸铁或氯化铁中的一种或几种;将预氧化石墨毡置于三价铁盐水溶液后搅拌的时间为0.5~1.0 h。

5.根据权利要求3或4所述负载磷酸铁/聚苯胺的石墨毡电极材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,所述预氧化石墨毡与磷酸二氢盐水溶液的质量体积比为1:5~10;所述磷酸二氢盐水溶液的摩尔浓度为4~40 mmol/L;所述磷酸二氢盐为磷酸二氢铵、磷酸二氢钠或磷酸二氢钾中的一种或几种;所述水热反应的温度为120~180℃,时间为6~12 h。

6.根据权利要求3~5之一所述负载磷酸铁/聚苯胺的石墨毡电极材料的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,所述磷酸溶液与预氧化石墨毡的体积质量比为5~20:1;所述磷酸溶液的摩尔浓度为0.5~4.0 mol/L;所述苯胺水溶液与预氧化石墨毡的体积质量比为2~6:

1;所述苯胺水溶液的摩尔浓度为0.05~4.0 mol/L;所述循环伏安法以铂网作为对电极,Ag/AgCl作为参比电极;所述循环伏安法是在电压-0.3~1.5 V,扫描速度为10~100 mV/s下,扫描30~100圈;步骤(1)、(2)中,所述洗涤是指用水和无水乙醇先后交叉洗涤≥3次;步骤(1)、(2)中,所述真空干燥的温度为60~80℃,时间为8~12h。

7.根据权利要求3~6之一所述负载磷酸铁/聚苯胺的石墨毡电极材料的制备方法,其特征在于:将步骤(2)替换为:将步骤(1)所得负载磷酸铁的石墨毡置于含有苯胺单体的磷酸水溶液中,搅拌均匀,再加入过硫酸铵水溶液,搅拌反应后,取出石墨毡,洗涤,真空干燥,得负载磷酸铁/聚苯胺的石墨毡电极材料。

8.根据权利要求7所述负载磷酸铁/聚苯胺的石墨毡电极材料的制备方法,其特征在于:所述含有苯胺单体的磷酸水溶液与预氧化石墨毡的体积质量比为5~20:1;所述含有苯胺单体的磷酸水溶液中,苯胺单体的摩尔浓度为0.1~4.0mol/L;所述含有苯胺单体的磷酸水溶液中,磷酸的摩尔浓度为0.5~4.0 mol/L。

9.根据权利要求7或8所述负载磷酸铁/聚苯胺的石墨毡电极材料的制备方法,其特征在于:所述过硫酸铵水溶液的加入量为使得过硫酸铵与苯胺单体的摩尔比为0.5~2.0:1;

所述过硫酸铵水溶液的摩尔浓度为0.1~4.0mol/L;所述搅拌反应的温度为0~5℃,时间为

12~24 h;所述洗涤是指用水和无水乙醇先后交叉洗涤≥3次;所述真空干燥的温度为60~

80℃,时间为8~12h。

10.一种如权利要求1或2所述负载磷酸铁/聚苯胺的石墨毡电极材料的应用,其特征在于:将所述负载磷酸铁/聚苯胺的石墨毡电极材料组装于对称、不对称超级电容器装置或者组合器件之中,或类似于LiFePO4的氢离子电池的装置组合或器件之中。