一种水泥基双电层电极材料制备工艺、水泥基双电层电极、超级电容器及电子设备

    专利查询2026-01-01  15


    本发明涉及水泥基电容,具体而言,涉及一种水泥基双电层电极材料制备工艺、水泥基双电层电极、超级电容器及电子设备。


    背景技术:

    1、现阶段,建筑储能/结构一体化对水泥基超级电容器需求迫切,若水泥基超级电容器想要具备良好的电化学性能,则电极材料需要有足够大的比表面积、联通孔隙结构与导电性能。

    2、传统的方式是将碳纤维、碳纳米管等材料添加于水泥基材料中,形成导电网络,以此来制备水泥基电容器。但由于水泥基材料孔隙联通程度有限,且制备电容器时电解质与电极材料难以充分接触,导致其电化学性能难以提升。

    3、有鉴于此,特提出本申请。


    技术实现思路

    1、本发明的第一个目的在于提供一种水泥基双电层电极材料制备工艺,其能够构建出联通的双电层导电骨架,且双电层导电骨架不会封闭孔隙,多为联通孔,使得水泥基双电层电极材料能够达到超级电容器电极材料的要求,同时有效增大了孔隙比表面积,提升了整体的电化学性能。

    2、本发明的第二个目的在于提供一种水泥基双电层电极,其电化学性能得到了进一步提升。

    3、本发明的第三个目的在于提供一种超级电容器,其电化学性能得到了进一步提升。

    4、本发明的第四个目的在于提供一种电子设备,其电化学性能得到了进一步提升。

    5、本发明的实施例是这样实现的:

    6、一种水泥基双电层电极材料制备工艺,其包括如下步骤:

    7、s1、将10~50重量份的纳米金属物料、0.1~5重量份的硅烷偶联剂和3~8重量份的硅铝质纳米材料加入10~200重量份的水中进行分散,得到改性纳米金属流体;纳米金属物料包括纳米铜粉料、纳米铁粉料、纳米镍粉料中的至少一者;硅铝质纳米材料包括纳米石英粉、纳米硅灰、纳米粉煤灰、纳米偏高岭土粉、纳米火山石粉、纳米沸石粉中的至少一者。

    8、s2、制备水泥浆料,在水泥浆料中加入改性纳米金属流体,搅拌均匀,得到改性水泥浆料;水泥浆料和改性纳米金属流体的体积比为1:(1~95)。

    9、s3、将改性水泥浆料进行成型养护,硬化后得到水泥基双电层电极材料。

    10、进一步的,在s2中,水泥浆料通过如下方式制备得到:将重量比为(0.3~1.2):1的水和胶凝材料搅拌混合得到;胶凝材料包括硅酸盐水泥、磷酸镁水泥、硫铝水泥、铝酸盐水泥中的至少一者。

    11、进一步的,水泥基双电层电极材料制备工艺还包括步骤:s4、将水泥基双电层电极材料浸渍于有机溶液中,将浸渍后的水泥基双电层电极材料在惰性气氛下进行热处理,至吸附于水泥基双电层电极材料内的有机物炭化,得到具有炭导电网络的水泥基双电层电极材料。

    12、进一步的,在s4中,热处理温度为600~800℃,热处理时间大于或等于5min。

    13、进一步的,在s4中,有机溶液为含碳链的有机物溶液。

    14、进一步的,在s1中,利用分散装置对纳米金属物料、硅烷偶联剂、硅铝质纳米材料和水进行分散,以得到改性纳米金属流体。

    15、其中,分散装置包括:分散罐、立柱、顶座、搅拌轴、定位柱和驱动轴。

    16、立柱架设于分散罐顶部,顶座安装于立柱的顶部,顶座与分散罐间隔设置。

    17、搅拌轴贯穿分散罐的顶壁并沿分散罐的高度方向设置。沿搅拌轴的轴向,搅拌轴与分散罐顶壁滑动配合。沿搅拌轴的周向,搅拌轴与分散罐顶壁转动配合。搅拌轴具有搅拌叶,搅拌轴为中空结构,且搅拌轴的顶部为敞开结构。

    18、驱动轴可转动地安装于顶座并与搅拌轴同轴设置,驱动轴延伸至搅拌轴内。定位柱为4根,4根定位柱均安装于顶座与驱动轴平行间隔设置,4根定位柱沿驱动轴的周向均匀间隔设置。其中,2根相对设置的定位柱的底部均安装有传动齿轮,另外2根相对设置的定位柱延伸超过传动齿轮,该另外2根定位柱固定连接有间隔设置的第一挡板和第二挡板,第一挡板和第二挡板均垂直于驱动轴,第二挡板位于第一挡板靠近搅拌轴底端的一侧,第一挡板和第二挡板均开设有供驱动轴穿过的缺口,第一挡板和第二挡板均位于传动齿轮靠近搅拌轴底端的一侧,第一挡板和第二挡板二者与搅拌轴的内壁之间留有间隙。

    19、驱动轴的上半段具有外齿圈,传动齿轮与外齿圈啮合。搅拌轴的内壁具有内花键,内花键由搅拌轴的顶部朝底部延伸,传动齿轮与内花键啮合。

    20、驱动轴的下半段具有外螺纹。搅拌轴的内壁固定连接有配合座,配合座开设有供驱动轴穿过的配合通孔,配合座位于第一挡板和第二挡板之间。

    21、配合通孔的内壁的相对两侧均开设有容纳槽,容纳槽内容置有配合块,沿驱动轴的径向,配合块滑动配合于容纳槽。配合块靠近驱动轴的一侧具有用于与驱动轴的外螺纹传动配合的配合齿,配合块远离驱动轴的一侧开设有滑槽,滑槽相对驱动轴倾斜设置,滑槽的顶端与驱动轴的间距大于其底端与驱动轴的间距,滑槽的顶端贯穿至配合块远离驱动轴的一侧侧壁。

    22、配合座还具有控制杆,控制杆平行于驱动轴设置,控制杆贯穿配合座并有阻尼地滑动配合于配合座,控制杆穿过容置槽,控制杆位于配合块远离驱动轴的一侧。控制杆固定连接有调节柱,调节柱垂直于控制杆设置,且调节柱可滑动地配合于滑槽内。

    23、配合座和第一挡板之间抵接有弹性件。

    24、配合座处于第一工作状态时,配合座的底部与第二挡板贴合,控制杆伸出于配合座的顶部,配合块通过配合齿与驱动轴贴合,以与驱动轴传动配合。

    25、配合座处于第二工作状态时,配合座的顶部与第一挡板贴合,控制杆伸出于配合座的底部,配合块与驱动轴分离。

    26、进一步的,搅拌叶包括:配合杆、搅拌环、照明光源和镜头。

    27、配合杆沿搅拌轴的径向设置且贯穿搅拌轴,配合杆滑动配合于搅拌轴并滑动密封。

    28、配合杆的两端端部均安装有搅拌环,照明光源和镜头沿搅拌轴的内环面的周向交替式均匀间隔设置。

    29、搅拌轴内设置有往复式驱动机构,往复式驱动机构与配合杆传动配合。

    30、一种水泥基双电层电极,其由上述的水泥基双电层电极材料制备得到。

    31、一种超级电容器,其包括:上述的水泥基双电层电极材料、或上述的水泥基双电层电极。

    32、一种电子设备,其包括:上述的水泥基双电层电极材料、上述的水泥基双电层电极、或上述的超级电容器。

    33、本发明实施例的技术方案的有益效果包括:

    34、本发明实施例提供的水泥基双电层电极材料,能够构建出联通的双电层导电骨架,且双电层导电骨架不会封闭孔隙,多为联通孔,使得水泥基双电层电极材料能够达到超级电容器电极材料的要求,同时有效增大了孔隙比表面积,提升了整体的电化学性能。基于水泥基双电层电极材料进一步应用的水泥基双电层电极、超级电容器及电子设备的电化学性能得到了进一步提升。



    技术特征:

    1.一种水泥基双电层电极材料制备工艺,其特征在于,包括如下步骤:

    2.根据权利要求1所述的水泥基双电层电极材料制备工艺,其特征在于,在s2中,所述水泥浆料通过如下方式制备得到:将重量比为(0.3~1.2):1的水和胶凝材料搅拌混合得到;所述胶凝材料包括硅酸盐水泥、磷酸镁水泥、硫铝水泥、铝酸盐水泥中的至少一者。

    3.根据权利要求1所述的水泥基双电层电极材料制备工艺,其特征在于,所述水泥基双电层电极材料制备工艺还包括步骤:

    4.根据权利要求3所述的水泥基双电层电极材料制备工艺,其特征在于,在s4中,热处理温度为600~800℃,热处理时间大于或等于5min。

    5.根据权利要求3所述的水泥基双电层电极材料制备工艺,其特征在于,在s4中,所述有机溶液为含碳链的有机物溶液。

    6.根据权利要求1所述的水泥基双电层电极材料制备工艺,其特征在于,在s1中,利用分散装置对所述纳米金属物料、所述硅烷偶联剂、所述硅铝质纳米材料和所述水进行分散,以得到所述改性纳米金属流体;

    7.根据权利要求6所述的水泥基双电层电极材料制备工艺,其特征在于,所述搅拌叶包括:配合杆、搅拌环、照明光源和镜头;

    8.一种水泥基双电层电极,其特征在于,由如权利要求1~7任一项所述的水泥基双电层电极材料制备得到。

    9.一种超级电容器,其特征在于,包括:如权利要求1~7任一项所述的水泥基双电层电极材料、或如权利要求8所述的水泥基双电层电极。

    10.一种电子设备,其特征在于,包括:如权利要求1~7任一项所述的水泥基双电层电极材料、如权利要求8所述的水泥基双电层电极、或如权利要求9所述的超级电容器。


    技术总结
    本发明涉及水泥基电容技术领域,具体涉及一种水泥基双电层电极材料制备工艺、水泥基双电层电极、超级电容器及电子设备,包括:S1、将10~50重量份的纳米金属物料、0.1~5重量份的硅烷偶联剂和3~8重量份的硅铝质纳米材料加入10~200重量份的水中进行分散,得到改性纳米金属流体;S2、制备水泥浆料,在水泥浆料中加入改性纳米金属流体,搅拌均匀,得到改性水泥浆料;S3、将改性水泥浆料进行成型养护,硬化后得到水泥基双电层电极材料。其能构建出联通的双电层导电骨架,不会封闭孔隙,为联通孔,达到超级电容器电极材料的要求,有效增大了孔隙比表面积,提升了整体的电化学性能。

    技术研发人员:蒋俊,宋英泽,魏锡均,卢忠远
    受保护的技术使用者:西南科技大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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