一种芯壳纤维结构电极及其制备方法和应用技术

技术编号:24691302 阅读:45 留言:0更新日期:2020-06-27 10:26
本发明专利技术涉及一种芯壳结构电极,所述电极材料为以纤维丝为芯、于纤维丝外表面包裹的膜为壳层的芯壳纤维结构,所述芯壳纤维结构的直径尺寸范围为20‑5000nm,所述壳层厚度与核层半径比值为10:1至1:10之间;于壳层结构表面还包括垂直于壳层膜表面的纳米级柱状晶体构成的阵列结构,柱状晶体直径范围为2‑20nm,长度为范围为2‑1000nm。这种结构电极具有可调控的内层纤维直径、壳层厚度,核壳比例、外壳组成均可调节,其可用于质子交换膜燃料电池、直接液体燃料电池、金属空气电池和高温聚合物电解质膜燃料电池等电极中。

A core-shell fiber structure electrode and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种芯壳纤维结构电极及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种新型核壳结构电极及其制备方法,具体地说这种核壳结构电极具有可调控的内层纤维直径、壳层厚度,核壳比例、外壳组成均可调节,其可用于质子交换膜燃料电池、直接液体燃料电池、金属空气电池和高温聚合物电解质膜燃料电池等电极中。本专利技术还涉及上述复合材料的制备方法。
技术介绍
多孔纳米纤维是近些年发展起来的一种新型纳米结构材料,由于具有电化学表面积高、密度小、结构灵活可调等优点,使得多孔纳米纤维在催化、医药、传感等方面存在广泛应用前景。静电纺丝方法是生产多孔纳米纤维材料最方便、最直接和最经济的方法之一,很多聚合物和熔体均可用作原材料。燃料电池电极是电化学反应场所,直接决定燃料电池性能。电化学反应发生在三相界面区域即电子、质子、气体。合理设计电极结构,保证反应物以低传质阻力传质至反应区域,提供良好电子和质子通道,成为燃料电池电极设计重点。多孔纤维因具有较大电化学比表面积、良好孔结构等优点成为燃料电池电极研究热点。目前文献报道的多孔纤维制备方法为将催化剂前体盐和聚合物电纺成丝后高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有芯壳结构的电极材料,其特征在于:所述电极材料为以纤维丝为芯、于纤维丝外表面包裹的膜为壳层的芯壳纤维结构,所述芯壳纤维结构的直径尺寸范围为20-5000nm,所述壳层厚度与芯的半径比值为10:1至1:10之间;所述膜微观上为垂直于芯表面的纳米级柱状晶体构成的阵列结构,柱状晶体直径范围为2-20nm,长度为范围为2-1000nm。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有芯壳结构的电极材料,其特征在于:所述电极材料为以纤维丝为芯、于纤维丝外表面包裹的膜为壳层的芯壳纤维结构,所述芯壳纤维结构的直径尺寸范围为20-5000nm,所述壳层厚度与芯的半径比值为10:1至1:10之间;所述膜微观上为垂直于芯表面的纳米级柱状晶体构成的阵列结构,柱状晶体直径范围为2-20nm,长度为范围为2-1000nm。


2.按照权利要求1所述电极材料,其特征在于:所述芯壳结构电极材料的芯,其构成材料为离子导体材料、电子导体材料或半导体材料中的一种或两种以上,同时包括聚丙烯酸、聚环氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或二种以上。


3.按照权利要求1或2所述电极材料,其特征在于:所述芯壳结构电极材料的芯中为离子导体材料时,可为全氟磺酸聚合物、聚苯并咪唑、聚醚醚酮中的一种或二种以上;为电子导体材料时,可为碳纳米管、活性炭中的一种或二种以上;为半导体材料时,可为纳米二氧化硅、纳米四氧化三铁中的一种或二种以上;所述聚丙烯酸、聚环氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或二种以上于芯中的质量含量为5-50%。


4.按照权利要求1所述电极材料,其特征在于:所述芯壳结构电极材料的壳层构成材料为贵金属催化活性材料,其中不添加或还可添加过渡金属作为掺杂合金。


5.按照权利要求4所述电极材料,其特征在于:所述贵金属催化活性材料为铂、金、银、钌、钯或它们五者中任二者以上的合金中的一种或二种以上;所述掺杂合金过渡金属为铁、镍、钴、铜中的一种或二种以上,贵金属与过渡金属的物质的量之比为5:1至1:5。


6.一种权利要求1-5任一所述电极材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤,
a.芯材料纺丝溶液制备:
将离子导体材料、电子导体材料或半导体材料中的一种或两种以上溶解于溶剂中,所述溶剂为水、二甲基甲酰胺、甲醇或乙醇中的一种或二种以上,所述溶液的质量浓度为1%至20%,然后加入聚丙烯酸、聚环氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或二种以上,质量浓度为0.1%至10%,在室温至80℃条件下,搅拌2至48h,充分溶解均匀后待用;
所述离子导体为全氟磺酸聚合物、聚苯并...

【专利技术属性】
技术研发人员:王素力夏章讯孙公权
申请(专利权)人:中国科学院大连化学物理研究所
类型:发明
国别省市:辽宁;21

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