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专利号: 2021108748345
申请人: 天津理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
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:

1.一种碳化硅/石墨烯负极复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:预处理步骤

首先将钽片进行清洗,然后配置聚二甲基硅氧烷溶液静置待用,最后将聚二甲基硅氧烷溶液均匀滴铺在清洗后的钽片上,红外烘烤、静置使其完全固化,得到聚二甲基硅氧烷/钽片;

步骤2:利用聚二甲基硅氧烷作为碳源和硅源,通过直流电弧等离子体喷射后,剥离钽片得到碳化硅/石墨烯负极复合材料。

2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1中,清洗方法为,用砂纸打磨钽片,依次利用酒精和超纯水进行超声清洗,进行烘干。

3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1中,聚二甲基硅氧烷溶液静的配置方法为,按照质量比例(10‑15):1称取硅胶弹性体基底和硅胶弹性体固化剂,搅拌混合均匀后静置。

4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤2中,直流电弧等离子体喷射条件为,H2和Ar流速均为1‑5L/min;腔压为3000‑4000Pa,泵压为13000‑14000Pa,直流电弧的弧电流为90‑120A。

5.应用权利要求1‑4任一项所述的制备方法制备的碳化硅/石墨烯负极复合材料。

6.一种碳化硅/硼掺杂石墨烯正极复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:预处理步骤

首先将钽片进行清洗,然后配置聚二甲基硅氧烷溶液静置待用,最后将静置后的聚二甲基硅氧烷溶液均匀滴铺在清洗后的钽片上,红外烘烤、静置使其完全固化,得到聚二甲基硅氧烷/钽片;

步骤2:利用聚二甲基硅氧烷作为碳源和硅源,并引入硼源,通过热丝CVD方法制备后,剥离钽片得到碳化硅/硼掺杂石墨烯正极复合材料;所述硼源为硼酸三甲酯和无水乙醇按照体积比(2‑4):1的混合物;所得碳化硅/硼掺杂石墨烯正极复合材料中,石墨烯为硼掺杂的石墨烯。

7.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,步骤2中,所述热丝CVD方法,包括以下步骤:

1)清洗腔室并将钽丝和步骤1所得聚二甲基硅氧烷/钽片放入腔室;

2)抽真空;

3)碳化灯丝;

所述碳化灯丝条件为,甲烷流量为10‑20mL/min、氢气流量为200‑300mL/min;腔室压力为4900Pa‑5000Pa。

4)硼掺杂的石墨烯生长;

硼掺杂的石墨烯生长条件为,钼台距钽丝的高度为0.5‑1.5cm;直流偏压电压为100‑

140V;

5)待生长完成,冷却得到钼台上的碳化硅/硼掺杂石墨烯正极复合材料。

8.应用权利要求6‑7任一项所述的制备方法制备的碳化硅/硼掺杂石墨烯正极复合材料。

9.一种柔性水系不对称电容器,其特征在于,其正极为碳化硅‑石墨烯‑镍泡沫正极电极;其负极为碳化硅‑硼掺杂石墨烯‑镍泡沫负极电极;

所述碳化硅‑石墨烯‑镍泡沫正极电极包括两镍泡沫层和夹在所述镍泡沫层之间的负极涂层;所述负极涂层中包括CMC凝胶质和权利要求5所述的碳化硅/石墨烯负极复合材料;

所述碳化硅‑硼掺杂石墨烯‑镍泡沫负极电极包括两镍泡沫层和夹在所述镍泡沫层之间的正极涂层;所述正极涂层中包括CMC凝胶质和权利要求8所述的碳化硅/硼掺杂石墨烯正极复合材料。

10.如权利要求9所述的柔性水系不对称电容器的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1:电极的制备

将权利要求5所述的碳化硅/石墨烯负极复合材料和权利要求8所述的碳化硅/硼掺杂石墨烯正极复合材料分别进行充分研磨得碳化硅/石墨烯负极复合材料粉末和碳化硅/硼掺杂石墨烯正极复合材料粉末;

将四片预处理好的镍泡沫两两对齐进行对辊;将CMC凝胶质和所得碳化硅/石墨烯负极复合材料粉末先后重叠涂覆在一对对辊后的镍泡沫上,红外烤干得负极涂层,将另外一对对辊后的镍泡沫覆盖在所得负极涂层上,再次对辊形成碳化硅‑硼掺杂石墨烯‑镍泡沫负极电极;

将四片预处理好的镍泡沫两两对齐进行对辊;将CMC凝胶质和所得碳化硅/硼掺杂石墨烯正极复合材料粉末先后重叠涂覆在一对对辊后的镍泡沫上,红外烤干得正极极涂层,将另外一对对辊后的镍泡沫覆盖在所得正极涂层上,再次对辊形成碳化硅‑石墨烯‑镍泡沫正极电极;

优选的,镍泡沫预处理方法为,将镍泡沫加入浓度为1.5‑15mol/L的浓硝酸溶液中,超声清洗10‑30min,去除镍泡沫表面的氧化层,然后加入超纯水,继续超声10‑30min,放入红外灯下烘干;

优选的,CMC凝胶质的制备方法是,将CMC完全溶解于超纯水中;

步骤2:凝胶电解质的制备

将CMC加入至NaOH溶液中,加热搅拌溶解后,再加入NaOH溶液,搅拌均匀,静置待用;

步骤3:电容器的封装

将步骤1制备的碳化硅‑硼掺杂石墨烯‑镍泡沫负极电极和碳化硅‑石墨烯‑镍泡沫正极电极以及步骤2制备的凝胶电解质进行封装,构建柔性水系不对称电容器。