[发明专利]一种氮-碳纳米管材料及其制备方法和在制备柔性锌锰电池中的应用

权利要求书

1.氮-碳纳米管材料在制备柔性锌锰电池中的应用，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将碳纤维清洗后烘干，得到干燥洁净的碳纤维；

(2)将步骤(1)得到的干燥洁净的碳纤维进行真空等离子体表面处理后得到表面有含氧基团的亲水性碳纤维；

(3)将步骤(2)得到的亲水性碳纤维作为工作电极、铂电极作为对电极/参比电极，硝酸镍水溶液作为电解液，进行恒电流阴极沉积反应得到碳纤维负载氢氧化镍复合材料；

(4)将步骤(3)得到的碳纤维负载氢氧化镍复合材料置于管式炉中，在氩气和氢气氛围下升温到500～700℃，然后用鼓泡的方式将含乙腈的液体引入到腔体中，保温，得到碳纤维负载氮-碳纳米管材料；

(5)将步骤(4)得到的碳纤维负载氮-碳纳米管材料放入到含有三氯化铁和盐酸的溶液中浸泡去除镍催化剂，取出后经后处理得到碳纤维负载氮-碳纳米管材料；

用步骤(5)制备的碳纤维负载氮-碳纳米管材料制备氮-碳纳米管/硼化二氧化锰复合材料，用步骤(5)制备的碳纤维负载氮-碳纳米管材料制备氮-碳纳米管/锌/锌锰合金复合材料，将氮-碳纳米管/硼化二氧化锰复合材料作为正极，将氮-碳纳米管/锌/锌锰复合材料作为负极，进行柔性锌锰电池的组装。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤(1)中，所述的清洗采用丙酮、乙醇和去离子水在超声波清洗机中分别清洗；

所述的烘干的条件为：在60～80℃的烘箱中放置6～12h。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤(2)中，碳纤维的两面均进行真空等离子体表面处理，时间为10～15min。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤(3)中，所述的硝酸镍水溶液中Ni²⁺浓度为0.25～0.5mol·L^-1；

所述的恒电流阴极沉积反应中电流密度为1～2mA·cm^-2。

5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤(4)中，所述的氩气和氢气的体积比为15～20：1；

在氩气和氢气氛围下升温到550～650℃，然后用鼓泡的方式将含乙腈的液体引入到腔体中，保温1～2h。

6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的含有三氯化铁和盐酸的溶液中三氯化铁浓度为2～3mol L^-1，盐酸浓度为1～2mol L^-1；

所述的后处理包括：用乙醇和去离子水在超声波清洗机中分别清洗后在烘箱中烘干。

7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，用步骤(5)制备的碳纤维负载氮-碳纳米管材料制备氮-碳纳米管/硼化二氧化锰复合材料，具体包括：

(6)将碳纤维负载氮-碳纳米管材料浸泡在高锰酸钾水溶液中，然后置入反应釜中，在120～160℃水热反应2～6小时，待反应釜冷却后，取出反应产物，烘干后得到碳纤维负载的氮-碳纳米管/二氧化锰复合材料；

(7)将步骤(6)得到的氮-碳纳米管/二氧化锰复合材料和硼氢化钠置于管式炉中，在氩气氛围下升温到200～300℃，保温1～2小时后，得到碳纤维负载的氮-碳纳米管/硼化二氧化锰复合材料。

8.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，用步骤(5)制备的碳纤维负载氮-碳纳米管材料制备氮-碳纳米管/锌/锌锰合金复合材料，具体包括：

(8)将碳纤维负载氮-碳纳米管材料作为工作电极、铂电极作为对电极/参比电极，用去离子水配制硫酸锌和硫酸混合溶液作为电解液，利用直流电源进行恒电流沉积反应，真空干燥后，得到氮-碳纳米管/锌复合材料；

(9)将步骤(8)得到的氮-碳纳米管/锌作为工作电极，锌片作为对电极、铂电极作为参比电极，用氯化胆碱和尿素配制成离子液体，再将氯化锌、氯化锰和硼酸溶解在离子液体中作为电解液，利用电化学工作站进行恒电位沉积反应，去离子水冲洗表面再真空干燥后，得到氮-碳纳米管/锌/锌锰合金复合材料。