一种碳化钛纳米薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及钒液流电池新材料技术领域，特别涉及一种碳化钛纳米薄膜及其制备方法和应用。本发明专利技术将碳化钛纳米粉体均匀混合至相关液体基质中形成均一稳定的纳米流体，再通过特定参数的静电纺丝技术将溶液制备于钒电池电极基体材料碳毡表层，形成一层质地均一轻薄的三维纳米薄膜，并将制备好的新型电极应用于钒电池系统中。本发明专利技术在碳毡上制备碳化钛三维纳米薄膜，应用于钒电池电极材料，可以有效提高钒电池电极的导电性能、机械性能、耐腐蚀性能等，延长电池电极的使用寿命及效率。延长电池电极的使用寿命及效率。延长电池电极的使用寿命及效率。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化钛纳米薄膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及钒液流电池新材料
，特别涉及一种碳化钛纳米薄膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]碳化钛(TiC)是一种自身存在金属光泽的铁灰色晶体，具有类似金属的若干特性：如高的熔点、沸点和硬度，且硬度仅次于金刚石，导热性和导电性也很好，在极低的温度时还会表现出超导性。同时具有高强度、高硬度、耐磨损、耐高温、抗氧化和化学稳定特性，以及金属的韧性，因此决定了其在高温结构陶瓷材料、合金复合材料、功能材料、耐火材料及核控材料等众多领域的广泛应用。碳化钛应用范围如下，(1)切削金属刀具：新型碳化钛基金属陶瓷是近年来发展较快的一种刀具材料，综合性能高，在相同的切削条件下其耐磨性远远高于普通硬质合金。在高速切削时也比YT14、YT15硬质合金的耐磨性高5倍～8倍。目前碳化钛基金属陶瓷已制成各种刀片，用于孔的精镗及“以车代磨”等精加工领域。(2)航空航天工业：采用高温烧结骨架熔渗工艺制备的TiC/Cu金属陶瓷有较好抗烧蚀性能，具有作为火箭喉衬、护板用材料的潜力。(3)其它：用SHS法离心铸造合成的金属基内衬陶瓷可作为抗腐蚀管道，用于石油或化工产物、半产物的运输，也可作为抗磨管道用于矿山，选矿厂作矿浆运输管道，还可用于多泥砂水的输水管道
……
Johnson等人发现Ti－37vol.％TiC复合材料的室温屈服强度与基体相比提高了11％，抗拉强度为573MPa，延伸率为1.9％，且认为该复合材料在任意温度下的断裂都是由于增强相的断裂导致。Castro等人用熔铸法制备出不同的体积分数含量的TiC增强钛基复合材料，发现在增强相的体积分数为2.1％时，细小的TiC颗粒的存在消除了枝晶现象，细化了基体组织从而提高材料的室温塑性，而其余增强相含量的复合材料的延伸率都比钛基体要低且在450℃时材料的高温力学性能比纯钛优越。
[0003]我国钒电池技术总体上处于国际领先地位，基本上形成了钒电池储能产业链及相应的技术支撑体系，当前正处于向产业化跃升的关键发展阶段。为了满足能源发展战略和产业化发展的需求，需要在现有研究基础上降低制备和运输成本，开展钒电池储能关键材料以及发展钒电池储能集成应用技术，对接钒电池储能产业应用和示范验证。
[0004]电极的研发是钒电池规模化应用最为关键的技术之一，在钒电池专利技术组成中，更新速度最快的领域也是电极的不断升级优化。钒电池电解液是电池的能量载体又是反应活性物质，决定着电池的容量，并直接影响钒电池的充放电效率与寿命等性能，因此与电解液直接接触的电极的性能尤为重要。
[0005]综上所述，亟需一种材料提高钒电池电极的性能。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术提供一种碳化钛纳米薄膜及其制备方法和应用。
[0007]一种碳化钛纳米薄膜的制备方法，所述方法包括：
[0008]将一定量的统一粒径范围的碳化钛纳米颗粒分散于基液中，配置成为浓度为
0.05－0.35mol/L碳化钛纳米颗粒溶液；
[0009]将所述碳化钛纳米颗粒溶液通过磁力搅拌和超声破碎机超声震荡，将其制备成为均匀稳定的碳化钛纳米流体；
[0010]将碳化钛纳米流体加到装有塑料毛细管针头的塑料注射器中，将碳毡固定于静电纺丝台上，针头距离纺丝台一定距离，纺丝结束后，将纺好的样品放入烘箱中烘干，即制成在碳毡上的碳化钛三维纳米薄膜。
[0011]进一步的，所述基液配置为DMF、聚乙烯吡咯烷酮PVP和乙醇溶液的混合液，摩尔比例分别为1：1：(5－10)。
[0012]进一步的，所述基液配置，具体包括：将30－50℃干燥了1－2h的PVP缓缓的加入无水乙醇溶液中，并加入一定量的DMF溶液，磁力搅拌至PVP完全溶解，形成透明均一的无色溶液。
[0013]进一步的，所述一定的统一粒径范围的碳化钛纳米颗粒，为小于等于30nm或小于等于50nm的一种。
[0014]进一步的，所述碳化钛纳米颗粒包括球形或纤维状碳化钛纳米颗粒。
[0015]进一步的，所述将所述碳化钛纳米颗粒溶液通过磁力搅拌和超声破碎机超声震荡，将其制备成为均匀稳定的碳化钛纳米流体，具体包括：
[0016]将所述碳化钛纳米颗粒溶液磁力搅拌15－30min，并用超声破碎机超声震荡30－120min，将其制备成为均匀稳定的碳化钛纳米流体。
[0017]进一步的，所述将碳化钛纳米流体加到装有塑料毛细管针头的塑料注射器中，将碳毡固定于静电纺丝台上，针头距离纺丝台一定距离，纺丝结束后，将纺好的样品放入烘箱中烘干，具体包括：
[0018]将碳化钛纳米流体取2－8ml加到塑料注射器中，注射器前段装有塑料毛细管针头，针头孔径为0.4－1mm，将碳毡固定于静电纺丝台上，针头距离纺丝台10－15cm，其间静电电压控制在10－15kv，纺丝结束后，将纺好的样品放入烘箱中，50℃－80℃烘干2－5h，即制成在碳毡上的碳化钛三维纳米薄膜。
[0019]一种碳化钛纳米薄膜，所述碳化钛三维纳米薄膜采用上述的一种碳化钛纳米薄膜的制备方法制备。
[0020]一种碳化钛纳米薄膜的应用，
[0021]将碳毡上的碳化钛三维纳米薄膜根据钒电池液流框大小进行裁剪，组装得到钒电池；
[0022]所述碳化钛三维纳米薄膜采用上述的一种碳化钛纳米薄膜的制备方法制备。
[0023]本专利技术至少具有以下有益效果：
[0024]本专利技术制备的三维碳化钛的纳米薄膜具备结构均一、物化性能稳定、优越的力学性能、等特点，主要应用于钒电池电极正负极材料的自支撑表面层，采用静电纺丝技术在普通碳毡上镀一层纳米级碳化钛薄膜，有效提高碳毡的导电性能、机械性能、耐腐蚀性能，同时并不影响电极自身的孔隙率及钒液流电池的循环效率、储能密度等。同时此项技术仍可拓展到其他电池电极领域。钒液流电池储能是大型储能未来发展的必要趋势，在国内外储能领域具有巨大市场，使用温度安全环保、可使用年限长、可回收再利用，因此优越的电池电极极为重要，因此本技术具有广阔的应用前景。
[0025]本专利技术制备的三维碳化钛的纳米薄膜可以有效提高钒电池电极的导电性能、机械性能、耐腐蚀性能等，延长电池电极的使用寿命及效率，电极的研发是钒电池规模化应用最为关键的技术之一，但在钒电池专利技术组成中，更新速度最快的领域也是电极的不断升级优化。钒电池电解液是电池的能量载体又是反应活性物质，决定着电池的容量，并直接影响钒电池的充放电效率与寿命等性能，因此与电解液直接接触的电极的性能尤为重要。此项技术可成功应用与钒电池储能领域，更能应用于传统电池领域。此项研究的应用将会极大的称为将成为经济发展的增长点，同时极大的改善人们的生活品质。
[0026]本专利技术在碳毡上制备碳化钛三维纳米薄膜，应用于钒电池电极材料，可以有效提高钒电池电极的导电性能、机械性能、耐腐蚀性能等，延长电池电极的使用寿命及效率。
[0027]该方法将碳化钛纳米粉体均匀混合至相关液体基质中形成均一稳定的纳米流体，再通过特定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化钛纳米薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将一定量的统一粒径范围的碳化钛纳米颗粒分散于基液中，配置成为浓度为0.05－0.35mol/L碳化钛纳米颗粒溶液；将所述碳化钛纳米颗粒溶液通过磁力搅拌和超声破碎机超声震荡，将其制备成为均匀稳定的碳化钛纳米流体；将碳化钛纳米流体加到装有塑料毛细管针头的塑料注射器中，将碳毡固定于静电纺丝台上，针头距离纺丝台一定距离，纺丝结束后，将纺好的样品放入烘箱中烘干，即制成在碳毡上的碳化钛三维纳米薄膜。2.根据权利要求1所述的一种碳化钛纳米薄膜的制备方法，其特征在于，所述基液配置为DMF、聚乙烯吡咯烷酮PVP和乙醇溶液的混合液，摩尔比例分别为1：1：(5－10)。3.根据权利要求2所述的一种碳化钛纳米薄膜的制备方法，其特征在于，所述基液配置，具体包括：将30－50℃干燥了1－2h的PVP缓缓的加入无水乙醇溶液中，并加入一定量的DMF溶液，磁力搅拌至PVP完全溶解，形成透明均一的无色溶液。4.根据权利要求1所述的一种碳化钛纳米薄膜的制备方法，其特征在于，所述一定的统一粒径范围的碳化钛纳米颗粒，为小于等于30nm或小于等于50nm的一种。5.根据权利要求1所述的一种碳化钛纳米薄膜的制备方法，其特征在于，所述碳化钛纳米颗粒包括球形或纤维状碳化钛纳米颗粒。6.根据权利要求1所述的一种碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文靓，李道玉，丁治天，文俊维，
申请(专利权)人：成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：