碳毡基电极组件及其制造方法技术

本发明专利技术的各种实施例提供一种无需任何黏合剂添加物而制造碳毡基电极的方法。将导电聚合物黏合剂的涂层施加在集电器上。将碳毡放置在集电器的任一侧以得到组件。在预定条件下将包括集电器和碳毡的组件放置在热压机的板材之间，以固化施加在集电器表面的黏合剂，并获得电极的夹层结构。根据电极所需的厚度和孔隙率，将电极的夹层结构置于滚柱下并加压。在裁剪程序中使用电极切割模具将电极切割成所需的形状。与基于黏合剂且性质易碎的碳毡电极相比，所制备的碳毡基电极表现出较高的柔性和机械强度。械强度。械强度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳毡基电极组件及其制造方法
[0001]本申请主张2018年11月16日提交的序号第201811043134号的印度临时专利申请案的优先权，并在6个月后的2019年5月16日以专利技术名称为“碳毡基电极组件及其制造方法”提交，其内容作为参考文献完整地并入本文。本申请进一步将2018年11月15日提交的序号201811043051的印度临时专利申请案内容作为参考文献完整地并入本文，其专利技术名称为“制备石墨毡的方法”。


[0002]本专利技术的实施例一般涉及电极组件。本专利技术的实施例具体涉及一种用于电化学应用的碳毡基电极，如燃料电池、超级电容器、金属空气电池、金属离子电池、氧化还原液流电池等。本专利技术的实施例更具体地涉及一种碳毡基电极结构或组合物，以及一种制造具有增强的电流收集能力的柔性、无支撑并具机械强度的碳毡基电极的方法。

技术介绍

[0003]对于任何储能技术，电极材料都是重要的组成，因为它直接影响能量和功率密度。适用且合格的电极材料应具有良好的导电性、高比表面积、优异的电化学活性，以及低成本。传统的金属电极具有较差的电化学可逆性，并且容易因电解质介质而钝化/不反应。虽然含有铂、铱、硒、锆和钌的贵金属基电极具有较高的电化学活性、良好的催化性能和良好的化学稳定性，但由于成本过高，这些材料在大规模的应用受到限制。
[0004]一般用于电化学应用的现有形式的碳毡电极由于其易脆且易碎，因此机械稳定性较差，高电阻率转化为高欧姆损失，以及差的润湿性导致电化学活性不足。
[0005]为了实现大规模应用及成本效益，需要生产具有高电导率、高比表面积、良好的电化学稳定性和在强酸/碱条件下(硫酸、氢氧化钠/氢氧化钾支持电解质)具稳定性的电极，并大规模生产。具体而言，碳毡被选为最广泛使用的电极材料，因为其具有高电导率、高比表面积、良好的电化学稳定性，以及在强酸/碱条件下(硫酸、氢氧化钠/氢氧化钾支持电解质)具稳定性。将各种碳粉与聚合物黏合剂材料混合以获得这些碳毡电极材料。但这些聚合物黏合剂实际上对碳基材料的电催化性能、导电性和电流收集能力产生很大的负面影响。
[0006]基于有机/无机黏合剂的聚合物并由碳纺布碳化形成的的碳毡电极，常常被发现具易碎性。当将这些易碎性碳毡制成的碳毡电极组装到燃料电池、金属空气电池，或是氧化还原液流电池中时，会由于柔性差和机械稳定性低而导致电极的泄漏和退化等诸多问题。
[0007]这些碳毡支撑电极的改性和改变是非常需要的研究领域，以提高其电化学和催化活性及其在各种储能应用中的利用，如燃料电池、超级电容器、金属空气电池、金属离子电池，以及氧化还原液流电池等。
[0008]因此，需要一种无需任何黏合剂添加物而制造碳毡基电极的方法。此外，需要制造与其他市售碳毡相比具有柔性、机械强度并表现出优异电流收集能力的碳毡基电极。再进一步，需要具有高表面积、可调的孔结构和表面形态以及电化学活性的碳毡基电极。在诸如金属空气电池、燃料电池、氧化还原液流电池和超级电容器的储能应用中也需要碳毡基电
极。
[0009]在本文中解决了上述缺点、劣势和问题，通过阅读以下说明书就可理解。

技术实现思路

[0010]本专利技术的主要目的是提供制造碳毡基电极组合物或碳毡基电极组件结构，以及制造碳毡基电极的方法，以用于电化学应用，如燃料电池、超级电容器、金属空气电池、金属离子电池，以及氧化还原液流电池等。
[0011]本专利技术的另一目的是提供一种制造碳毡基电极的方法，选自由发泡石墨、膨胀石墨、薄片化石墨、石墨烯泡沫、石墨烯3D结构、3D石墨烯、石墨烯薄片、石墨烯片、活性碳、单壁和多壁碳纳米管、碳黑及其衍生物所组成的群组中的多种碳基材料。
[0012]本专利技术的又一目的是提供一种无需任何黏合剂添加物而制造碳毡基电极的方法。
[0013]本专利技术的另一目的是提供一种碳毡基电极组件结构，该结构具柔性和机械强度。
[0014]本专利技术的又一目的是提供一种具有增强电流收集能力的碳毡基电极组件。
[0015]本专利技术的另一目的是提供一种碳毡基电极组件，其包括碳毡与诸如金属网、金属筛网、金属箔、金属泡沫、穿孔金属片、无纺金属纤维，以及导电聚合物等各种形式的集电器之间形成的牢固黏合。
[0016]本专利技术的又一目的是提供一种碳毡基电极组件结构，其包括碳毡和选自由铝、银、镍、金、铁铂所组成的群组的金属集电器之间的牢固黏合。
[0017]本专利技术的另一目的是提供一种导电黏合剂，以提高碳毡基电极的电流收集能力，并且其中黏合剂选自由石墨烯基黏合剂、碳纳米管基黏合剂、碳黑基黏合剂、银胶、导电环氧树脂、金属那米颗粒基的黏合剂，以及其组合所组成的群组。
[0018]本专利技术的又一目的是提供一种加工技术，以制造所述碳毡基电极组件，其中集电器夹在两个碳毡之间。
[0019]本专利技术的另一目的是提供一种加工技术，以制造所述碳毡基电极组件，并且其中加工技术选自由热压、冷压，以及液压压缩所组成的群组。
[0020]本专利技术的又一目的是提供一种轧制程序，用于制造碳毡基电极，包括但不限于热轧，使用两台高轧机、三台高轧机和两台可逆式轧机的冷轧。
[0021]本专利技术的另一目的是提供一种碳毡基电极组件，其中通过轧制程序将碳毡基电极组件的厚度优化在0.4mm至5mm的范围内。
[0022]本专利技术的又一目的是提供一种碳毡基电极组件，其中通过轧制程序将碳毡基电极的孔隙率优化在5至150pm的范围内。
[0023]本专利技术的另一目的是提供一种碳毡基电极组件，其中通过轧制程序将碳毡基电极的密度优化在0.3g/cm3至2g/cm3的范围内。
[0024]本专利技术的又一目的是提供具有可调的表面形态的碳毡基电极。
[0025]本专利技术的另一目的是提供一种碳毡基电极组件的裁剪程序，以提供所述碳毡基电极所需的形状。
[0026]从以下详细的描述并结合附图，将更清楚的理解本专利技术上述及其他目的和优点。
[0027]本文的各种实施例提供了碳毡基电极组件，其中金属集电器结合在两个碳毡之间用于机械支撑。本专利技术的实施例提供一种用于制造碳毡基电极组件的方法，所述电极组件
具有承受高压、提高电极的电流收集效率的能力，从而减少以欧姆损耗形式损失的一部分能量。本专利技术的实施例还提供一种无需任何黏合剂添加物而制造碳毡基电极的方法。
[0028]根据本专利技术的一实施例，一种无需任何黏合剂添加物而制造碳毡基电极的方法包括以下步骤。将导电聚合物黏合剂的涂层施加在集电器上。将碳毡放置/定位在集电器的任一侧以完成碳毡和集电器的组件。将包括集电器和碳毡的组件放置在热压机板材之间，并在预定条件下进行加工，以固化施加在集电器表面的黏合剂，以促进/增加集电器和碳毡之间的黏合，从而获得电极的夹层结构。根据碳毡基电极所需的厚度和孔隙率，将电极的夹层结构置于滚柱下并加压。通过裁剪程序，使用电极切割模具将电极切割成所需的形状。
[0029]根据本专利技术的一实施例，在热压机中用于固化施加在集电器表面的黏合剂的预定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种无需任何黏合剂添加物而制造碳毡基电极的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将导电聚合物黏合剂的涂层施加到集电器上；在所述集电器的任一侧放置/定位碳毡，以获得碳毡和集电器的组件；在预定条件下将包括集电器和碳毡的组件放置在一热压机的板材之间，以固化施加在集电器表面的黏合剂，并且其中所述热压机促进集电器和碳毡之间的黏合，以获得电极的夹层结构；根据碳毡基电极所需的厚度和孔隙率，将电极的夹层结构在滚柱下进行轧制；以及通过裁剪程序，使用电极切割模具将电极切割成所需的形状。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在热压机中用于固化施加在集电器表面的黏合剂的预定条件是压力和温度，并且其中所施加的压力在0.1MPa至200MPa的范围内，且其中热压机的温度在25℃至200℃的范围内，并且其中热压机将碳毡的厚度降低到原始值的5％至25％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属集电器赋予所述碳毡基电极机械强度，且其中所述金属集电器承受压力，提高所述碳毡基电极的电流收集能力，且其中所述集电器选自...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿克夏，
申请(专利权)人：对数九物质科学私人有限公司，
类型：发明
国别省市：