一种高稳定性的碳氮化钛导电纤维及其制备方法与应用与流程

本发明属于可再生能源存储与转化，具体涉及一种高稳定性的碳氮化钛导电纤维及其制备方法与应用。

背景技术：

1、可再生能源的应用依赖高效的电能转换和高密度的电能存储技术来实现能源分配。为了降低欧姆损耗并提高活性组分的分散度，导电载体成为上述技术的关键材料。碳材料因其高比表面积和高电子传导性，成为典型的载体。但在高电位及有氧条件下，碳载体逐渐被氧化，导致活性物质脱落，直接阻碍活性物质参与反应以及电子转移过程，上述因素最终导致能源存储与转化器件的稳定性下降。综上所述，迫切需要开发一种高稳定性的导电载体材料。

技术实现思路

1、本发明提供一种高稳定性的碳氮化钛导电纤维及其制备方法，本方法的工艺路线简单、可实施性强，所述的碳氮化钛导电纤维可用于提高燃料电池、电解水等能源存储与转化器件的稳定性。

2、本发明技术方案如下：

3、一种高稳定性的碳氮化钛导电纤维的制备方法，包括如下步骤：将高分子化合物、含钛前驱体和其它金属前驱体溶于n、n二甲基甲酰胺中制成纺丝液；通过静电纺丝制备并收集金属掺杂的碳氮化钛纤维前驱体膜；预氧化并热解处理所述前驱体膜得到碳氮化钛导电纤维。

4、优选的，所述的高分子化合物为聚丙烯腈(pan)、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、聚乙烯醇(pva)和聚偏氟乙烯(pvdf)中的一种或几种。

5、优选的，所述的含钛前驱体为三氯化钛、四氯化钛和钛酸四丁酯中的一种或几种。

6、进一步地，所述其它金属前驱体为其它金属前驱体盐。

7、优选的，所述的其它金属前驱体盐为三氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化锌、氯化铝、氯化铌或其组合。

8、所述的高分子：含钛前驱体：其它金属前驱体的质量比为1～20：1～10：1～2。例如所述的高分子：含钛前驱体：其它金属前驱体的质量比为2∶1～10∶1～2、3∶1～10∶1～2、4∶1～10∶1～2、5∶1～10∶1～2、6∶1～10∶1～2、7∶1～10∶1～2、8∶1～10∶1～2、9∶1～10∶1～2、10∶1～10∶1～2、11∶1～10∶1～2、12∶1～10∶1～2、13∶1～10∶1～2、14∶1～10∶1～2、15∶1～10∶1～2、16∶1～10∶1～2、17∶1～10∶1～2、18∶1～10∶1～2、19∶1～10∶1～2或20∶1～10∶1～2。优选的，所述的高分子化合物：含钛前驱体：其它金属前驱体的质量比为20∶10∶1、10∶5∶1、4∶2∶1。

9、优选的，所述的预氧化温度为180～250℃，时间为1～5小时。例如所述的预氧化温度为180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、235℃、240℃、245℃或250℃。

10、优选的，所述的热解温度为800～1050℃，时间为0.5～5小时。例如，所述的热解温度为800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃或1050℃。

11、本发明提供如上文所述的方法来制备一种高稳定性的碳氮化钛导电纤维，本方法具有工艺路线简单，可实施性强等优势。

12、本发明提供如上文所述的碳氮化钛导电纤维，具有优异的耐久性，可用于提高燃料电池、电解水等能源存储与转化器件的稳定性。

技术特征：

1.一种高稳定性的碳氮化钛导电纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将高分子化合物、含钛前驱体和其它金属前驱体溶于n、n二甲基甲酰胺中制成纺丝液；通过静电纺丝制备并收集金属掺杂的碳氮化钛纤维前驱体膜；预氧化并热解处理所述前驱体膜得到碳氮化钛导电纤维。

2.如权利要求1所述的一种高稳定性的碳氮化钛导电纤维的制备方法，其特征在于，所述的高分子化合物为聚丙烯腈(pan)、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、聚乙烯醇(pva)和聚偏氟乙烯(pvdf)中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的一种高稳定性的碳氮化钛导电纤维的制备方法，其特征在于，所述的含钛前驱体为三氯化钛、四氯化钛和钛酸四丁酯中的一种或几种。

4.如权利要求1所述的一种高稳定性的碳氮化钛导电纤维的制备方法，其特征在于，所述的其它金属前驱体盐为三氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化锌、氯化铝和氯化铌中的一种、两种、三种、四种或五种。

5.如权利要求1所述的一种高稳定性的碳氮化钛导电纤维的制备方法，其特征在于，所述的高分子化合物：含钛前驱体：其它金属前驱体的质量比为1～20：1～10：1～2；优选地，所述的高分子化合物：含钛前驱体：其它金属前驱体的质量比为20：10：1、10：5：1或4：2：1。

6.如权利要求1所述的一种高稳定性的碳氮化钛导电纤维的制备方法，其特征在于，所述的预氧化温度为180～250℃，时间为1～5小时。

7.如权利要求1所述的一种高稳定性的碳氮化钛导电纤维的制备方法，其特征在于，所述的热解温度为800～1050℃，时间为0.5～5小时。

8.如权利要求1～7任意一项所述的方法制备得到的碳氮化钛导电纤维。

9.如权利要求8所述的碳氮化钛导电纤维在电化学能量存储与转化过程中的应用。

技术总结
本发明公开了一种高稳定性的碳氮化钛导电纤维及其制备方法与应用。具体制备方法如下：采用静电纺丝工艺制备并收集金属掺杂的碳氮化钛纤维前驱体膜；对碳氮化钛纤维前驱体膜进行预氧化和热解处理。所制备的碳氮化钛导电纤维具有高稳定性、高电导且柔性的特点，可广泛应用于电化学能量存储与转化过程中。

技术研发人员：毕文团,周思文,吴长征,谢毅
受保护的技术使用者：合肥综合性国家科学中心能源研究院（安徽省能源实验室）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15