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专利号: 2020108859362
申请人: 中南林业科技大学
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:2025-07-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于多壁碳纳米管‑碳化木材混合支架的电极材料,其特征在于:包括碳化木片;所述碳化木片为杉木片经过碳化和活化后形成,所述碳化木片上形成有管胞结构,所述管胞结构的内壁上通过化学气相沉积原位锚固生长有多壁碳纳米管使得在碳化木片上形成有MWCNT‑CW支架,并且通过电化学沉积将Co(OH)2纳米片包裹在多壁碳纳米管上得到基于多壁碳纳米管‑碳化木材混合支架的电极材料;

所述电化学沉积为:在含0.1 mol/L的 Co(NO3)2•6H2O的溶液中,在相对于饱和甘汞电极的‑0.9V下,将Co(OH)2电沉积到MWCNT‑CW支架中;电化学沉积是在三电极系统中进行的,使用含有MWCNT‑CW支架的碳化木片作为工作电极,铂电极作为对电极,以及饱和甘汞电极作为参考电极。

2.根据权利要求1所述的基于多壁碳纳米管‑碳化木材混合支架的电极材料,其特征在于:碳化为在250°C的鼓风干燥箱中干燥3‑9小时以进行预碳化后将木片放置管炉中在Ar气的保护下加热至1000°C碳化3‑9小时。

3.根据权利要求1所述的基于多壁碳纳米管‑碳化木材混合支架的电极材料,其特征在于:所述活化为在750°C下用CO2气体流动气氛中活化8‑12小时,所述CO2的流动速度为60‑

100 sccm。

4.根据权利要求1所述的基于多壁碳纳米管‑碳化木材混合支架的电极材料,其特征在于:所述在管胞结构上化学气相沉积原位锚固生长多壁碳纳米管的步骤为:将活化后的碳化木片在80‑100 ℃的0.25mol/L的Ni(NO3)2水溶液中浸泡15 min,去除水分后;以H2为还原气,乙烯为碳源,Ar为保护气,在管式炉中进行化学气相沉积,得到化学气相沉积后的片状杉木片,使得在碳化木片的管胞结构上化学气相沉积原位锚固生长有多壁碳纳米管。

5.根据权利要求4所述的基于多壁碳纳米管‑碳化木材混合支架的电极材料,其特征在于:所述H2气流的流量为20‑40 sccm,所述Ar气流的流量为300‑500 sccm,所述乙烯气流的流量为80‑100 sccm;化学气相沉积的时间为3‑10 min。

6.一种基于多壁碳纳米管‑碳化木材混合支架的电极材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:1)将杉木片自然风干后,切成预设尺寸;

2)碳化,将步骤1)的杉木片放置在热风干燥箱内与碳化4‑8 h,在Ar气的保护下,在

800‑1200 ℃下碳化4‑8 h,得到OWC薄片;

3)CO2活化:将OWC薄片在CO2和Ar混合气流中,活化8‑12 h,并且切削或者打磨至预设的尺寸,形成AWC电极;活化温度为650‑850 ℃;Ar气流流量为CO2流量的3倍所述CO2流量为60‑

80 sccm;

4)除杂;

5)MWCNT‑CW支架的制备,将步骤4)处理后的AWC电极在Ni(NO3)2水溶液中浸泡10‑20 min,然后在干燥箱中去除水分,以H2为还原气,乙烯为碳源,Ar为保护气,在管式炉中进行化学气相沉积,得到MWCNT‑CW支架;所述H2气流的流量为20‑40 sccm,所述Ar气流的流量为

300‑500 sccm,所述乙烯气流的流量为80‑100 sccm;化学气相沉积的时间为3‑10 min;

6)将步骤5)的MWCNT‑CW支架进行亲水性处理;

7)Co(OH)2 / MWCNT‑CW复合电极的制备,将步骤6)的MWCNT‑CW支架浸入到含有0.1 mol/L Co(NO3)2•6H2O的溶液中,MWCNT‑CW支架作为工作电极,铂电极作为对电极,以及饱和甘汞电极作为参考电极进行电化学沉积,电化学沉积时间在1‑9小时;电化学沉积后干燥。

7.根据权利要求6所述的基于多壁碳纳米管‑碳化木材混合支架的电极材料的制备方法,其特征在于:所述步骤5)MWCNT‑CW支架制备的步骤包括: 将获得的碳化木片在90°C的

0.25mol/L的Ni(NO3)2溶液中浸泡15分钟,然后在空气中干燥;

然后将切片转移到管式炉中,首先用Ar气流吹扫管式炉30分钟以上以排出空气,然‑1

后以10°C min 的加热速率将温度升至740°C,并引入C2H4和H2气流并保持5分钟。

8.根据权利要求6所述的基于多壁碳纳米管‑碳化木材混合支架的电极材料的制备方法,其特征在于:所述步骤4)为,将步骤3)用6%HCl洗涤15分钟以上,再用去离子水洗涤3次以上,直到洗净液变清为止,然后在60‑100°C的鼓风干燥箱中干燥。

9.一种超级电容器,其特征在于:包括权利要求1‑5任一项所述的基于碳纳米管和二氧化锰的杉木碳片电极材料。