一种储氢用活性碳纤维毡制造技术

本实用新型专利技术提供一种储氢用活性碳纤维毡，其包含活性碳纤维毡基体和附着于活性碳纤维毡基体表面的金属层；所述活性碳纤维毡基体的表面孔径为不低于0.6nm。相较于未经金属化处理的碳纤维毡体或者活性碳纤维毡体，本实用新型专利技术的表面含有金属层的活性碳纤维毡对氢的吸附和储氢特性得到大幅提升。

【技术实现步骤摘要】
一种储氢用活性碳纤维毡
本技术涉及储氢用碳质材料领域，具体涉及一种储氢用活性碳纤维毡。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。氢能源的应用成为目前新型能源革命的主要发展方向，而氢能源的储存成为目前急需解决的科学难题，其中固体储氢材料因其较高的安全性、较少的能源消耗特性得到了研究人员的重视，目前研究开发的固体储氢材料主要包括合金金属材料、碳材料、复合化学氢化合物材料以及金属有机骨架化合物材料等。其中碳质材料具有吸氢量大、质量轻、抗毒化性能强等优异特性，其物理吸附储氢能力也被认为是目前新能源储备领域最有发展前景的，其中比较有发展的包括储氢吸附碳质材料，如活性碳纤维、碳纳米管、石墨烯等。但专利技术人发现，目前这些材料仍然存在缺陷，比如碳纳米纤维储氢尽管储氢量较大，但储氢介质成本很高，而且解吸速度较慢、循环寿命短，不适宜于大规模储存和运输。
技术实现思路
活性碳纤维以其优异的多孔隙表面特性，表现出较强的吸附特性，成为一种经济适用、储氢量高、解吸快、能够循环利用且寿命较长的储氢吸附材料。本技术提供了一种储氢用活性碳纤维毡，其包含活性碳纤维毡基体和沉积于活性碳纤维毡基体表面的金属层，能够应用于氢气能源存储和/或吸附领域。本技术的活性碳纤维毡能够同时发挥活性碳毡的单丝纤维表面微孔隙结构的吸附特性和储氢金属的固有储氢特性，能够更为有效提高的储氢能力。具体地，本技术具有如下所述的技术方案：本技术提供了一种储氢用活性碳纤维毡，其包含活性碳纤维毡基体和沉积于活性碳纤维毡基体表面的金属层；述活性碳纤维毡基体的表面孔径为不大于0.7nm，或者为不大于0.65nm，或者为不大于0.6nm，或者为0.6-0.7nm。所述活性碳纤维毡基体以预氧化纤维毡为原料。或者，所述活性碳纤维毡基体为活性碳纤维毡状三维结构体，其包括至少两层网胎和针刺纤维，网胎之间交替叠层，针刺纤维在网胎交替叠层间针刺贯穿以连接固定相邻叠层。所述网胎为预氧化纤维网胎，以预氧化纤维为原料。本技术所述的预氧化纤维毡可选用单种类预氧化纤维或复合纤维，预氧化纤维毡内的单丝纤维的抗拉强度不低于200MPa，抗拉模量不低于1.0GPa，纤维体密度不低于1.3g/cm3，纤维含碳量不低于65wt％；预氧化纤维毡体密度为不低于0.05g/m3，进一步不低于0.07g/m3，优选为0.07-0.085g/m3。本技术中，所述预氧化纤维毡为聚丙烯腈预氧化纤维和/或黏胶基预氧化纤维(也称为黏胶基碳纤维)。本技术中，所述单层网胎的克重为10-50g/m2。本技术中，所述针刺纤维以垂直于叠层面的方向针刺贯穿层叠的网胎。所述针刺密度为10-40针/cm2。本技术中，所述金属层厚度为1μm-100μm。所述金属为单金属或合金。所述金属层可以为镍金属层、镁金属层、铜金属层、钴金属层等单金属类金属层，也可是二元合金金属层或三元合金金属层，比如镍钴合金等。本技术对所述储氢用活性碳纤维毡的制备方法并无特殊的限制，作为示例，本技术在示例性的给出了下述的一些制备方式：在一些实施方式中，首先制备孔隙结构适宜的活性碳纤维毡状三维结构体，之后在活性碳纤维毡表面根据金属化处理厚度的要求选择适宜的处理电流密度和表面金属化处理时间，在处理过程中同时对碳纤维毡进行超声振动操作，保证处理过程的均匀稳定，最终形成具有均匀金属化表面层的三维短切毡状碳纤维结构，即储氢用活性碳纤维毡。所述的活性碳纤维毡的孔隙结构加工活化，采用高性能预氧化纤维毡为原料进行活化处理。活化过程采用碳化与活化同步进行工艺，在室温下将上述制备的预氧化毡送入活化炉炉膛内，之后将氮气通入炉膛中，采用不同升温速率进行碳化升温，达到一定温度后开始通入水蒸气，达到预定温度后，恒温活化一定时间，最后在氮气保护下冷却至一定温度，之后自然冷却至室温，完成预氧化纤维毡的活化和碳化处理。所述的高性能预氧化纤维毡可选用聚丙烯腈预氧化纤维或黏胶基预氧化纤维，预氧化纤维毡内的单丝纤维的抗拉强度在200MPa以上，比如260-300MPa，抗拉模量在1.0GPa以上，比如1.4-1.6GPa，纤维体密度在1.3g/cm3以上，纤维含碳量不低于65％，比如为55-75wt％。所述的活化过程中的碳化过程采用高纯度氮气，其纯度在99.99999％以上，通入压力不低于0.2MPa；加热碳化升温速率控制在5-15℃/min范围内，最终碳化温度控制在1000-1500℃范围内，在碳化温度下通入水蒸气的速率控制在3-15g/min，最终的活化时间控制在20-50min，活化处理完成后，在氮气保护下的冷却温度控制在150-200℃范围内。最终得到的活性碳纤维毡的单丝纤维表面孔径控制在不大于0.7nm，或者不大于0.65nm，或者不大于0.6nm，或者控制在0.6-0.7nm范围内。对活性碳纤维毡的单丝纤维表面进行金属化处理得到沉积的金属层，所用的金属处理液配制为常规单金属或者合金金属的处理液，在处理液装配容器中配制超声发生处理装置，在整个处理过程中对碳毡进行超声振动。在一些实施方式中，金属处理液需要预热，可通过水浴加热的方式实现，预热至温度为50-60℃。该处理可以提高处理活性，优化处理效果。在一些实施方式中，金属处理液预热至上述温度后，加入活性碳纤维毡基体进行金属化处理。所述的超声波发生装置采用多个超声探头并行排布方式，超声探头通过超声波发生源控制超声探头的频率和超声功率，其中超声频率和功率可根据要求灵活调整，其中超声探头可发出的超声波频率在16.5-40KHz范围可选，超声功率在1000-4000W范围内可选，超声发生器的电压为220V。所述的处理过程根据需要严格控制和选择处理电流密度和处理时间，其中处理电流密度控制在0.1-10A/dm2，处理时间控制在5-150分钟左右。接通处理电源后，处理液在超声振动过程中最终形成均匀镀层的活性碳纤维毡单丝纤维表面沉积物，沉积物形成沉积处理层后，水洗并在烘箱中干燥，得到表面附着金属层的活性碳纤维毡。处理层的厚度可以通过调节电流和处理时间等因素来控制，处理后的金属层厚度在1μm-100μm之间可控。通过选择不同处理液种类和工艺得到不同成分的处理层，本技术采用的方法用于目前各种金属的处理层的加工，金属层可以使镍、镁、铜等单金属，也可是各种二元和三元合金等。以及，本技术中所述的活性碳纤维毡也可选用以预氧化纤维毡为原料的市售产品，比如聚丙烯腈预氧化纤维毡，或者选择按照下述方法由预氧化纤维制备活性碳纤维毡。在本技术的一些实施方式中，所述活性碳纤维毡包括至少两层交替叠层的网胎，和在网胎交替叠层间针刺贯穿以连接固定相邻叠层的针刺纤维；在一些实施方式中，所述活性碳纤维毡体的密度为不低于0.05g/m3，进一步为0.05-0.09g/m3，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种储氢用活性碳纤维毡，其特征在于，所述活性碳纤维毡包含活性碳纤维毡基体和附着于活性碳纤维毡基体表面的金属层。/n

【技术特征摘要】
1.一种储氢用活性碳纤维毡，其特征在于，所述活性碳纤维毡包含活性碳纤维毡基体和附着于活性碳纤维毡基体表面的金属层。


2.根据权利要求1所述的储氢用活性碳纤维毡，其特征在于，所述活性碳纤维毡基体的表面孔径为不大于0.7nm，或者不大于0.65nm，或者为不大于0.6nm。


3.根据权利要求1所述的储氢用活性碳纤维毡，其特征在于，所述活性碳纤维毡基体的表面孔径为0.6-0.7nm。


4.根据权利要求1所述的储氢用活性碳纤维毡，其特征在于，所述活性碳纤维毡基体包括至少两层网胎，网胎之间交替叠层；和，
针刺纤维，针刺纤维在网胎交替叠层间针刺贯穿以连接固定相邻叠层。


5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱波，乔琨，曹伟伟，虞军伟，于丽媛，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东;37