作为电极的垂直对齐的碳纳米管阵列制造技术

本公开的实施方式涉及电极，所述电极包括多根垂直对齐的碳纳米管和与垂直对齐的碳纳米管结合的金属。垂直对齐的碳纳米管可以是石墨烯‑碳纳米管混联材料，其包含共价连接至垂直对齐的碳纳米管的石墨烯。金属在电极运行期间可以变得与碳纳米管原位可逆结合，并且没有任何树突或苔状聚集体。金属可以是垂直对齐碳纳米管表面上的非树突或非苔状涂层。金属还可以渗透在垂直对齐的碳纳米管束中。其它实施方式涉及包括本公开电极的能量储存装置。另外的实施方式涉及通过将金属施加到多个垂直对齐的碳纳米管形成所述电极的方法。

Vertical aligned carbon nanotube arrays as electrodes

The present embodiment of the present disclosure relates to an electrode, which comprises a plurality of vertically aligned carbon nanotubes and a metal combined with vertically aligned carbon nanotubes. Vertically aligned carbon nanotubes can be graphene carbon nanotubes hybrid materials, comprising a covalently linked to vertically aligned carbon nanotube graphene. During the operation of the electrode, the metal can become in a reversible binding to the carbon nanotubes in situ, and there is no dendrite or moss like aggregates. Metal can be a non dendrite or non - Moss coating on the surface of a carbon nanotube vertically aligned. Metals can also be permeated in vertically aligned carbon nanotube bundles. Other implementations involve an energy storage device including the present open electrode. Another method of implementation involves a method of forming the electrode by applying a metal to a plurality of vertically aligned carbon nanotubes.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】作为电极的垂直对齐的碳纳米管阵列相关申请的交叉引用本申请要求2015年4月23日提交的美国专利临时申请62/151,941号的优先权。上述申请的全部内容通过援引纳入本文。关于联邦资助研究的声明本专利技术是在美国国防部授予的基金第FA9550-12-1-0035号和美国国防部基金第FA9550-14-1-0111号的政府支持下完成的。政府对本专利技术拥有一定的权利。背景现有的电极受到许多限制，包括有限的金属储存容量、运行期间形成树突材料。本方面公开的多个方面解决了上述限制。
技术实现思路
在一些实施方式中，本公开涉及电极，所述电极包括多个垂直对齐的碳纳米管和与垂直对齐碳纳米管结合的金属。在一些实施方式中，垂直对齐的碳纳米管包括阵列形式的垂直对齐的单壁纳米管。在一些实施方式中，所述垂直对齐的碳纳米管与基材结合。在一些实施方式中，所述基材用作集电器。在一些实施方式中，所述垂直对齐的碳纳米管和所述基材用作集电器。在一些实施方式中，所述垂直对齐的碳纳米管是石墨烯-碳纳米管混联材料形式的，其中垂直对齐的碳纳米管通过在碳纳米管和石墨烯膜之间的一个或多个连接点处的碳碳键共价连接至基材。在一些实施方式中，石本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电极，其包括：多根垂直对齐的碳纳米管；和与垂直对齐的碳纳米管结合的金属。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.23 US 62/151,9411.一种电极，其包括：多根垂直对齐的碳纳米管；和与垂直对齐的碳纳米管结合的金属。2.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述垂直对齐的碳纳米管选自下组：单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、三壁碳纳米管、多壁碳纳米管、超短碳纳米管、小直径碳纳米管、原始碳纳米管、功能化碳纳米管、以及它们的组合。3.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述垂直对齐的碳纳米管包括垂直对齐的单壁碳纳米管。4.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述垂直对齐的碳纳米管是阵列的形式。5.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述垂直对齐的碳纳米管的厚度范围为约10μm至约2mm。6.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述垂直对齐的碳纳米管的厚度范围为约10μm至约100μm。7.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述垂直对齐的碳纳米管与基材结合。8.如权利要求7所述的电极，其特征在于，所述基材用作集电器。9.如权利要求7所述的电极，其特征在于，所述基材选自下组：镍、钴、铁、铂、金、铝、铬、铜、镁、锰、钼、铑、钌、硅、钽、钛、钨、铀、钒、锆、二氧化硅、氧化铝、氮化硼、碳、基于碳的基材、金刚石、它们的合金，以及它们的组合。10.如权利要求7所述的电极，其特征在于，所述基材包含选自下组的基于碳的基材：石墨基材、石墨烯、石墨、巴克纸、碳纤维、碳纤维纸、碳纸、石墨烯纸、碳膜、金属碳化物、碳化硅、以及它们的组合。11.如权利要求7所述的电极，其特征在于，所述基材包含石墨烯膜。12.如权利要求7所述的电极，其特征在于，所述垂直对齐的碳纳米管与基材共价连接。13.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述垂直对齐的碳纳米管是石墨烯-碳纳米管混联材料的形式。14.如权利要求13所述的电极，其特征在于，所述石墨烯-碳纳米管混联材料包含：石墨烯膜；和共价连接至石墨烯膜的垂直对齐的碳纳米管。15.如权利要求14所述的电极，其特征在于，所述垂直对齐的碳纳米管通过在碳纳米管和石墨烯膜之间的一个或多个连接点处的碳碳键与石墨烯膜共价连接。16.如权利要求14所述的电极，其特征在于，所述石墨烯膜选自下组：单层石墨烯、少数层石墨烯、双层石墨烯、三层石墨烯、多层石墨烯、石墨烯纳米带、氧化石墨烯、还原的氧化石墨烯、石墨、以及它们的组合。17.如权利要求14所述的电极，所述电极进一步包括与石墨烯膜结合的基材。18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述基材包括铜基材。19.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述金属选自下组：碱金属、碱土金属、过渡金属、后过渡金属、稀土金属、及它们的组合。20.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述金属选自下组：Li、Na、K、Mg、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Sn、Sb、Pb、及它们的组合。21.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述金属板包括锂。22.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述金属在电极运行期间与垂直对齐的碳纳米管在原位结合。23.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述金属与垂直对齐的碳纳米管可逆结合。24.如权利要求1所述的电极，其特征在于，与垂直对齐的碳纳米管结合的金属没有树突或苔状聚集体。25.如权利要求1所的电极，其特征在于，所述金属是在垂直对齐碳纳米管表面上的非树突或非苔状涂层的形式。26.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述金属渗透入垂直对齐的碳纳米管束中。27.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述垂直对齐的碳纳米管用作集电器，并且，其中所述金属用作活性材料。28.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述垂直对齐的碳纳米管用作电极的活性层。29.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述电极是阳极。30.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述电极是阴极。31.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述电极的表面积大于约2,000m2/g。32.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述电极的金属存储容量范围为约75wt％至约2,000wt％。33.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述电极的金属存储容量范围为约600wt％至约700wt％。34.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述电极的比容量大于约400mAh/g。35.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述电极的比容量大于约2,000mAh/g。36.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述电极的比容量范围为约3,000mAh/g至约4000mAh/g。37.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述电极的面积容量范围为约0.1mAh/cm2至约20mAh/cm2。38.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述电极是能量储存装置的部件。39.如权利要求38所述的电极，其特征在于，所述能量储存装置选自下组：电容器、电池、光伏装置、光伏电...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·M·托尔，AR·O·拉吉，R·V·萨尔瓦提拉，
申请(专利权)人：威廉马歇莱思大学，
类型：发明
国别省市：美国,US