[发明专利]采用聚丙烯腈碳纤维的碳纤维电极材料的活化方法

说明书

 

技术领域

本发明属于采用聚丙烯腈碳纤维的碳纤维电极材料的活化方法。

背景技术

碳纤维制品具有良好的耐蚀性、导电性，多孔性等一系列有用、

的物理，化学性质。可做为电极或辅助材料用于各种类型电池，是发展新型储能电池的基本材料之一。但是未经处理的碳纤维的电化学活性有限，例如铁铬氧化还原液流型电池的铬负极反应，只有在担载金等贵金属催化剂或经高温等特殊处理后，碳纤维才具有电极活性。美国曾研究不同碳纤维毡、不同碳化温度、化学净化处理，不同催化体系等因素对碳纤维毡电极活性的影响。Giner公司在l982年的NASA CR-167921报告中认为l680℃碳化的粘胶毡担载金一铅催化剂是改善铬负极反应的最佳条件。日本一些公司不采用贵金属催化剂，主要研究途径是在较高温度《l600-2500℃)下进行碳化后，在含氧惰性气氛中再进行活化处理.如东洋纺绩公司的60263．164公开特许，经l600℃碳化的纤维素碳纤维布在含有200乇氧的惰性气氛中、850℃处理30分钟。碳纤维表面的氧原子比从2．5％增加到l0．2％，电极电导率提高，电池的电流效率从90％提高到，96%。以上的碳纤维制备都需要高温设备，而且还需进一步活化处理。

发明内容

本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种采用聚丙烯腈碳纤维的碳纤维电极材料的活化方法。

     本发明采用工业上约l300℃碳化的聚丙烯腈碳纤维，经过去除部分环氧树脂，在60-0mmHg低真空条件，加热放空、再抽空、控制温度在(600—700)±60℃。最后得到的碳纤维，表面活性增加，电极反应速度大大加快。

本发明的特点是采用工业上约l300℃碳化的聚丙烯腈碳纤维，在不超过0．5％浓度的环氧树脂丙酮溶液中经l-5分钟浸渍处理后的碳纤维编织布，在60-OmmHg低真空条件下加热至600~50℃，放入300mmHG～lat空气后，再抽空，反复8—l0次，温度变化范围为(600-700)±50℃，经20~4O分钟，自然降温冷却，碳纤维表而的环氧树脂经处理后碳化，形成三维结构的微小多孔体.比表面增加l倍以上表面含氧基团增多。

电极活性提商的结果如附图l。图1为1cm²表观电极面积在

0.05mol／L CrCl3～0．05mol/L  FeCl2-1mol/L HCL电解液中，在25℃、

0 ～0.95V(vs.SEC)电位范围。10mv/S扫描速度下所测的循环伏安特性(a)图为未经处理的碳布电极的测量结果，  (b)图为本发明方法的热处理碳布电极的测量结果。对比(a） （b)曲线上Cr³⁺/Cr²⁺和Fe²⁺/Fe³⁺电对的混合氧化还原峰电流可知，热处理后比热处理前高3倍以上，所测曲线形状稳定，多次样品测量结果重复。说明本发明方法的热处理使碳纤维表面活化，电极反应速度大大加快。

 本发明提供的碳纤维布活化处理工艺实施例如下:

实施例l：    

    工业上约l300℃碳化的聚丙烯腈碳纤维，在不超过0．6％浓度的

环氰树脂丙酮溶液中经1-5分钟浸渍处理后的碳纤维编织布，在60-0mmHg低真空条件下升温至630℃，放入l atm空气，再抽空，反复l0次，温度自然在63O-780'C内波动，约经40分钟，自然降温冷却。经处理后碳纤维的表面性质改善，如表I数据。电极活性提高

3倍以上，如图l。

实施例2：

工业上约l300℃碳化的聚丙烯腈碳纤维，在不超过0．5％浓度的环氯树脂丙酮溶液中经1-5分钟浸渍处理后的碳纤维编织布，在60-0mmHg低真空条件下升温至600℃，放入300-400mmHg空气，再抽空，反复8次，温度自然在600-714℃内波动，约经30分钟，自然降温冷却。经处理后的碳纤维表面性质改善，电极活性提高3倍以上，如图l。

实施例3：

    工业上约1300℃碳化的聚丙烯腈碳纤维，在不超过0．5％浓度的环氧树脂丙酮溶液中经l-5分钟浸绩处理后的碳纤维编织布在60-0 mmHg低真空条件下，升温至660℃放入300-500 mmHg空气，再抽空反复8次，温度自然在550-680℃内波动，约经20分钟，自然降温冷却。经处理后的碳纤维表面性质改善，电极活性提高3倍以已如图l。