一种二硼化钛-细菌纤维制造技术

本发明专利技术提供了一种二硼化钛

【技术实现步骤摘要】
一种二硼化钛
‑
细菌纤维@石墨毡复合电极材料及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及全钒液流电池电极材料，具体而言，涉及一种二硼化钛
‑
细菌纤维
@
石墨毡复合电极材料及其制备方法
、
应用
。

技术介绍

[0002]风能
、
太阳能等可再生能源因其可持续性和环境友好性而备受关注
。
然而，其间歇性和不稳定性等缺点阻碍了这些可再生能源的广泛应用
。
因此，储能技术的目的是将可再生能源的间歇性能量转化为方便或经济的可存储形式
。
钒氧化还原液流电池
(VRFB)
因其容量可控
、
循环寿命长
、
安全性高
、
效率优异而被认为是大规模储能最有前途的技术之一
。VRFB
的关键部件之一是电极，它为钒氧化还原反应和传质的提供场所
。
而电极的性能主要由电阻率
、
电化学活性和润湿性决定，其中电阻率受石墨化定向排列程度影响，电化学活性和润湿性主要由含氧官能团决定
。
良好的电极材料需要具备高比表面积
、
合适的孔隙率
、
低电阻以及高电化学活性，通常使用的石墨毡碳基电极虽然具有导电性好
、
耐腐蚀
、
孔结构合理
、
成本低的优点，但是其亲水性差
、
电化学活性低，导致钒氧化还原反应的高过电位，限制了其在高电流密度下的应用
。
同时在电极的氧化还原反应中
V2+/V3+
电对反应阻力均大于
VO2+/VO2+
电对，即负极反应电阻大于正极反应电阻，因此改善负极过程反应动力学更有助于提高
VRFB
的综合性能
。
[0003]细菌纤维素
(BC)
是由
β
‑
D
‑
葡萄糖通过
β
‑1，4糖苷键结合成葡聚糖链，多个葡聚糖链按照特定方式逐级组装形成的高度发达的精细网络织态，含有许多的
‑
OH
，具有强持水性
、
多孔三维网络结构
、
高弹性强度
、
高生物相容性和稳定性
。
二硼化钛
(TiB2)
的导电性好
、
结构稳定
、
耐酸性强，同时可作为良好的缺电子催化剂收集电子，促进
V2+
向
V3+
的转化，提高负极反应动力学速率
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种二硼化钛
‑
细菌纤维
@
石墨毡复合电极材料及其制备方法
、
应用，解决目前低亲水性和较差电化学活性的问题
。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种二硼化钛
‑
细菌纤维
@
石墨毡复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0006]S1.
制备二硼化钛纳米颗粒；
[0007]S2.
采用菌体培养的方法制备干燥的二硼化钛
‑
细菌纤维素复合材料；
[0008]S3.
将获得的二硼化钛
‑
细菌纤维素复合材料和石墨毡在马弗炉中高温热解获得碳二硼化钛
‑
细菌纤维素
@
石墨毡
(TiB2
‑
BC@GF)
复合材料
。
[0009]进一步来说，
S1
中利用脉冲激光烧蚀技术，将
TiB2
在激片状靶光通量范围内制备成
TiB2
球纳米颗粒
。
[0010]进一步来说，
S1
中的
TiB2
片状靶厚2‑
4mm
，直径
50
‑
52mm
，使用前需用打磨机打磨后
在含有水和酒精的超声波浴中清洗
20min
，使用
5000
脉冲的激光器，激光通量
1.0
‑
1.2J/cm2
脉冲时间6‑
8ns
，重复频率
10Hz
，靶上激光光斑直径
65
‑
75
μ
m。
[0011]进一步来说，
S2
中采用的菌种为木醋杆菌
X
‑2，并先制备
TiB2
分散培养基，将
TiB2
加入到原始
BC
培养基中，培养基使用前需高温高压灭菌，经过静态孵育后制得的
TiB2
‑
BC
还需进行清洗和纯化处理
。
[0012]进一步来说，
S2
中原始
BC
培养基由
2.5
％
(w/v)
葡萄糖，
0.75
％
(w/v)
酵母提取物，1％
(w/v)
色氨酸
、1
％
(w/v)NaHPO4
组成，并用乙酸将
pH
调至
4.5
；
TiB2
分散培养基是将
20mL TiB2
悬浮液
(0.2
‑
0.3mg/mL)
加入
200mL
原始培养基后剧烈搅拌
60
‑
90min
制得
。
[0013]进一步来说，
S2
中菌体培养为将
2mL
的菌体培养液
(1*10^8CFU/mL)
加入到上述
TiB2
分散培养基中，在
30℃
恒温静态培养6‑8天；清洗纯化为将制得的混合物薄膜现在
90℃
去离子水中浸泡
2h
，再在
0.5M
的
NaOH
中煮沸
10min
以去除细菌碎片，并用去离子水多次清洗，最后在1％ NaOH
中浸泡2天，将薄膜洗至无碱
。
[0014]进一步来说，
S3
中将得到的
TiB2
‑
BC
复合材料和石墨毡电极材料放入马弗炉中，在惰性气氛和
10
～
12℃/min
升温速率状态下，升温至
980℃
～
1020℃
，然后在
980℃...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种二硼化钛
‑
细菌纤维
@
石墨毡复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.
制备二硼化钛纳米颗粒；
S2.
采用菌体培养的方法制备干燥的二硼化钛
‑
细菌纤维素复合材料；
S3.
将获得的二硼化钛
‑
细菌纤维素复合材料和石墨毡在马弗炉中高温热解获得碳二硼化钛
‑
细菌纤维素
@
石墨毡
(TiB2
‑
BC@GF)
复合材料
。2.
根据权利要求1所述的一种二硼化钛
‑
细菌纤维
@
石墨毡复合电极材料的制备方法，其特征在于，
S1
中利用脉冲激光烧蚀技术，将
TiB2
在激片状靶光通量范围内制备成
TiB2
球纳米颗粒
。3.
根据权利要求2所述的一种二硼化钛
‑
细菌纤维
@
石墨毡复合电极材料的制备方法，其特征在于，
S1
中的
TiB2
片状靶厚2‑
4mm
，直径
50
‑
52mm
，使用前需用打磨机打磨后在含有水和酒精的超声波浴中清洗
20min
，使用
5000
脉冲的激光器，激光通量
1.0
‑
1.2J/cm2
脉冲时间6‑
8ns
，重复频率
10Hz
，靶上激光光斑直径
65
‑
75
μ
m。4.
根据权利要求1所述的一种二硼化钛
‑
细菌纤维
@
石墨毡复合电极材料的制备方法，其特征在于，
S2
中采用的菌种为木醋杆菌
X
‑2，并先制备
TiB2
分散培养基，将
TiB2
加入到原始
BC
培养基中，培养基使用前需高温高压灭菌，经过静态孵育后制得的
TiB2
‑
BC
还需进行清洗和纯化处理
。5.
根据权利要求4所述的一种二硼化钛
‑
细菌纤维
@
石墨毡复合电极材料的制备方法，其特征在于，
S2
中原始
BC
培养基由
2.5
％
(w/v)
葡萄糖，
0.75
％
...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱淑雅，张神武，罗丹，饶仁，周浩，罗全，段小芳，
申请(专利权)人：水木深研内江科技孵化加速器有限公司，
类型：发明
国别省市：