一种MXene/氮掺杂碳材料/苞叶纤维三明治状网络结构柔性膜及其制法与应用

文档序号:34561307发布日期:2023-06-28 10:04阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种mxene/氮掺杂碳材料/苞叶纤维三明治状网络结构柔性膜,其特征在于,所述mxene/氮掺杂碳材料/苞叶纤维复合柔性膜为二维mxene片层夹着三维氮掺杂碳材料,并通过苞叶纤维交织相连在一起的三明治状网络结构的复合柔性膜材料。

2.权利要求1所述mxene/氮掺杂碳材料/苞叶纤维三明治状网络结构柔性膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述盐酸溶液的摩尔浓度为6-12mol/l,所述max相粉末为分子式为mn+1axn的层状化合物,其中,m为过渡族金属ti、v、cr、zr、nb、mo、hf或ta,a为主族元素al、si、p、s、ga、ge、as、cd、in、sn、tl或pb,x为c元素或n元素,n为层数,n≥1;所述max相粉末、lif和盐酸溶液的固液比为1:0.5-10:5-50g/g/ml,所述加热搅拌进行刻蚀的温度为20-45℃,所述加热搅拌进行刻蚀的时间为12-48h;所述离心是用水反复操作至至上清液的ph≥6;所述超声在氩气的保护下超声10-60min。

4.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述超声洗涤为用去离子水清洗和无水乙醇分别洗涤超声数次;所述原位聚合是在玉米苞叶粉末水溶液中加入含苯胺的硫酸溶液与过硫酸铵水溶液在冰水浴下聚合反应,所述含苯胺的硫酸溶液中硫酸的浓度为0.5-5mol/l、苯胺的浓度为0.01-10mol/l;过硫酸铵与苯胺的摩尔比为10:1-1:10,聚合反应的时间为1-6h,所述洗涤是使用四氢呋喃、去离子水和乙醇分别清洗至上清液的ph≥6,所述干燥的温度为20-80℃,所述干燥的时间为6-24h;所述碳化是在氮气保护下,400-900℃下预碳化1-2h,预碳化后加入质量比为1:0.5-10的koh充分研磨,再在600-900℃煅烧0.5-5h。

5.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述naoh水溶液的浓度为0.5-5mol/l,所述玉米苞叶与naoh水溶液的的固液比为10-100g/ml,所述煮沸进行化学腐蚀的时间为1-10h,所述水洗洗至ph≥6,所述粉碎后的苞叶纤维的粒径≤74μm;步骤(4)中,所述氮掺杂碳材料、苞叶纤维、十二烷基苯磺酸钠的质量比为1:0.1-10:1-100,所述每次超声分散的时间为10-50min,所述mxene与氮掺杂碳材料的质量比为100:1-1:100,所述冰水浴超声处理的时间为15-150min,所述真空干燥温度20-60℃。

6.一种mxene/氮掺杂碳材料/苞叶纤维三明治状网络结构柔性膜电极,其特征在于,包括权利要求1所述mxene/氮掺杂碳材料/苞叶纤维三明治状网络结构柔性膜。

7.一种固态柔性非对称金属离子电池,其特征在于,包括权利要求6所述的mxene/氮掺杂碳材料/苞叶纤维三明治状网络结构柔性膜电极。

8.一种权利要求7所述固态柔性非对称铝金属子电池的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

9.根据权利要求8所述的固态柔性非对称铝离子电池的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述固态柔性非对称铝金属子电池包括固态柔性非对称铝离子电池、固态柔性非对称铝锌离子电池或固态柔性非对称镁离子电池,所述金属盐溶液是将金属盐溶解于水中所得,步骤(2)中,所述pva/金属盐凝胶是将金属盐、聚乙烯醇(pva)混合,搅拌加热得到。

10.一种包括权利要求1所述mxene/氮掺杂碳材料/苞叶纤维三明治状网络结构柔性膜或权利要求6所述的mxene/氮掺杂碳材料/苞叶纤维三明治状网络结构柔性膜电极的固态柔性超级电容器。


技术总结
本发明公开了一种MXene/氮掺杂碳材料/苞叶纤维三明治状网络结构柔性膜及其制法与应用,该柔性膜为二维MXene片层夹着三维氮掺杂碳材料,并通过苞叶纤维交织相连在一起的三明治状网络结构。首先制备氮掺杂碳材料、苞叶纤维,与MXene混合、超声,抽滤、干燥即得。可用做电极或并组装MXene/氮掺杂碳材料/苞叶纤维//金属固态柔性非对称电池和超级电容器。本发明MXene作为氮掺杂碳材料的间隔层,解决自堆叠问题,利用苞叶纤维表面羟基、羧基等含氧官能团的表面活性,将氮掺杂碳材料、MXene薄膜表面的基团通过氢键作用锚定在一起,从而增加MXene与氮掺杂碳材料的接触面积,应用于柔性水系电池和超级电容器中。

技术研发人员:李世云,张巧玉,刘丽娜,周海骏,王建刚
受保护的技术使用者:江苏科技大学
技术研发日:
技术公布日:2024/1/13
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