專利名稱：通過電泳沉積制備納米結(jié)構(gòu)復(fù)合電極的方法以及所制備的產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及納米結(jié)構(gòu)復(fù)合電極的制備，且特別涉及通過電化學(xué)沉積技術(shù)制備納米結(jié)構(gòu)復(fù)合電極的方法以及所制備的產(chǎn)品，上述電化學(xué)沉積技術(shù)諸如為電泳沉積(EPD)、電解沉積(ELD)、及電鍍。
背景技術(shù)：
電化學(xué)能量存儲(chǔ)或產(chǎn)生裝置包括電池、電容器和超級(jí)電容器，以及燃料電池。電池的特征在于可提供的以安培小時(shí)計(jì)的額定容量。電容器和超級(jí)電容器的特征在于可在單一一次放電中提供的能量或功率密度，這是電池能量或功率對(duì)重量或體積的比率。
所有能量存儲(chǔ)或產(chǎn)生裝置都包括一對(duì)電極以及被置于電極之間傳導(dǎo)電流的電解質(zhì)。電極是電導(dǎo)體，在其表面上發(fā)生從電子傳導(dǎo)到離子傳導(dǎo)的變化。陰極電極包含在放電期間被還原的活性材料，而陽極電極則包含在放電期間被氧化的活性材料。傳統(tǒng)的電極，特別是陰極，其特征在于低電導(dǎo)率，這取決于所用裝置和材料的類型。例如，用于鋰離子電池的過渡金屬基氧化鋰電極以及用于超級(jí)電容器的非晶態(tài)過渡金屬基氧化物電極均有陰極電導(dǎo)率低的缺點(diǎn)。
為補(bǔ)償?shù)碗姌O電導(dǎo)率，經(jīng)常向基體添加導(dǎo)電填料諸如碳以提高電導(dǎo)率。對(duì)碳填料的需求及其數(shù)量可取決于所使用的特定氧化物，且填料的體積可高達(dá)全部陰極混合物的百分之四十到五十，這取決于相對(duì)碳密度和其它陰極組分。碳填料還需要粘合劑，這能夠進(jìn)一步降低電導(dǎo)率且因此而降低存儲(chǔ)裝置的比能。
隨著填料濃度增加，碳顆粒會(huì)凝團(tuán)(clump)和聚集，而均勻分散即成為問題。由于暴露給電解質(zhì)的接觸表面積的比例減少，不均勻分散能夠損害電極性能和壽命。結(jié)果便是，提高能量存儲(chǔ)裝置性能的現(xiàn)有方法一般集中在電極構(gòu)造上。
2003年9月9日授予Lee等人的美國(guó)專利第6,616,875號(hào)公開了一種生產(chǎn)用于超級(jí)電容器的金屬氧化物電極的方法。通過吸收高錳酸鉀到導(dǎo)電材料諸如碳或活性炭中，并與溶液混合形成非晶態(tài)氧化錳，來形成非晶態(tài)氧化錳電極。導(dǎo)電的碳被用作活性材料，且需要粘合劑來補(bǔ)償氧化錳的低電導(dǎo)率。
2004年3月9日授予Ogura等人的美國(guó)專利第6,703,163號(hào)公開了一種鋰電池和電極。多個(gè)碳納米管被分散于包含導(dǎo)電聚合物和有機(jī)化合物的導(dǎo)電基體中，該有機(jī)化合物含有在電極處用于電化學(xué)反應(yīng)的二硫基(disulfide group)。碳納米管沿基體的軸向方向?qū)щ姡瑥亩鴾p少電阻并將電導(dǎo)率提高到導(dǎo)電聚合物之上。然而，碳納米管也起到填料作用并且需要粘合劑。
2002年5月28日授予Sheme等人的美國(guó)專利第6,395,427號(hào)公開了用于制備可充電鋰電池的陰電(negative)活性材料以及方法。該陰電活性材料包含晶體碳芯和半晶體碳?xì)ぁ７蔷B(tài)或晶體碳被混合成催化劑成分，并且凝聚(agglomerated)從而形成能夠提供微孔通道以改善電解質(zhì)浸漬的碳芯顆粒。然而，碳芯顆粒起到填料作用并且能夠?qū)е虏痪鶆驍U(kuò)散。
因此，需要制備和提供具有增大的電導(dǎo)率和提高的功率密度而不依賴于基體中的碳與粘合劑的能量存儲(chǔ)裝置電極。

發(fā)明內(nèi)容
通過包括電泳沉積(EPD)、電解沉積(ELD)、及直接沉積的電化學(xué)技術(shù)，復(fù)合電極包含被組裝到碳納米管表面上的納米尺寸顆粒。所得電極的特征是具有高孔隙率的有序化結(jié)構(gòu)，從而通過經(jīng)由碳納米管實(shí)現(xiàn)較快且均勻的擴(kuò)散并改善反應(yīng)路徑，提高了能量存儲(chǔ)或產(chǎn)生裝置的性能。所述電極可被用于鋰離子電池、超級(jí)電容器和燃料電池，以及其它能量存儲(chǔ)或產(chǎn)生裝置。
一個(gè)實(shí)施方案提供了一種通過電泳沉積制備納米結(jié)構(gòu)復(fù)合電極的方法和以此制備的產(chǎn)品。溶液中的導(dǎo)電材料和活性材料通過超聲波作用被懸浮而成為穩(wěn)定懸浮液。所述導(dǎo)電材料包含官能化碳多壁納米管。所述活性材料包含合成納米顆粒。通過添加電解質(zhì)到穩(wěn)定懸浮液內(nèi)，向活性材料施加表面電荷。以平行方向，將至少兩個(gè)電極引入穩(wěn)定懸浮液內(nèi)。在電極之間形成直流電場(chǎng)，該電場(chǎng)足以引起導(dǎo)電材料和活性材料形成于電極上。
一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方案提供了一種通過直接沉積制備納米結(jié)構(gòu)復(fù)合電極的方法以及以此制備的產(chǎn)品。含錳鹽溶劑中的包含官能化碳多壁納米管的導(dǎo)電材料和活性材料通過超聲波作用被懸浮而成為膠體懸浮液。一層膠體懸浮液被直接沉積到至少一個(gè)電極，包括導(dǎo)電金屬箔上，隨后進(jìn)行干燥。電極被退火從而使膠體懸浮液分解成為非晶態(tài)沉積物，包括合成的納米顆粒。
一個(gè)更進(jìn)一步的實(shí)施方案提供了一種通過電泳和電解沉積的組合制備納米結(jié)構(gòu)復(fù)合電極的方法以及以此制備的產(chǎn)品。乙醇中的導(dǎo)電材料，包括官能化碳多壁納米管，通過超聲波作用被懸浮而成為穩(wěn)定懸浮液。包含金屬鹽的電解質(zhì)被添加到穩(wěn)定懸浮液中。以平行方向，將兩個(gè)電極，包括作為電極的導(dǎo)電金屬箔，引入穩(wěn)定懸浮液內(nèi)。在電極之間形成直流電場(chǎng)，該電場(chǎng)足以引起導(dǎo)電材料和活性材料形成于電極上。
復(fù)合電極中的納米顆粒被沉積到納米管上，從而形成有序的納米結(jié)構(gòu)，這提供了有效傳導(dǎo)網(wǎng)。此外，具有高縱橫比的高度導(dǎo)電納米管可被用作導(dǎo)電添加劑，從而即便是在低體積條件下也能形成有效導(dǎo)電通道，用于以低容量損失實(shí)現(xiàn)快速充電和放電。類似地，碳納米管的高縱橫比和纏結(jié)顯著提高電極孔隙率。電解質(zhì)離子進(jìn)入復(fù)合活性物質(zhì)(composite active mass)變成為有利的，同時(shí)保持了碳納米管所提供的提高的電導(dǎo)率。因此，電池電極容量和電容器或超級(jí)電容器電極電容得到了顯著提高。
根據(jù)以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的更多的其它實(shí)施方案對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)變得更明顯，在詳細(xì)描述中，通過說明實(shí)施本發(fā)明的最佳方式描述了本發(fā)明的實(shí)施方案。如將會(huì)認(rèn)識(shí)到的，本發(fā)明能夠有其它和不同的實(shí)施方案，且其若干細(xì)節(jié)能夠在各種顯而易見的方案中進(jìn)行修改，這都不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，附圖和詳細(xì)描述應(yīng)被視為說明性的而非限定性的。


圖1是功能圖，其以示例方式顯示了由纏結(jié)態(tài)納米管和吸引的納米顆粒形成的導(dǎo)電通道網(wǎng)。
圖2是TEM圖像，顯示了包括LiCoO2的納米顆粒。
圖3和圖4是TEM圖像，顯示了通過EPD或ELD制備的復(fù)合電極的納米結(jié)構(gòu)。
圖5A-B是曲線圖，顯示了復(fù)合電極的循環(huán)伏安圖。
圖6A-B是曲線圖，顯示了超級(jí)電容器的循環(huán)伏安圖。
圖7和8是曲線圖，顯示了復(fù)合電極的循環(huán)伏安圖。
具體實(shí)施例方式碳納米管(CNTs)的特征在于高電導(dǎo)率、化學(xué)穩(wěn)定性、低質(zhì)量密度、及大表面積。CNTs通常具有1000以上縱橫比并且在被用作導(dǎo)電填料時(shí)要求較低逾滲閾值。在電極中僅需要相對(duì)低體積分?jǐn)?shù)的CNTs來形成有效的導(dǎo)電通道網(wǎng)，以便以低容量損失實(shí)現(xiàn)較快的充電和放電。電池額定容量(rate capability)和電容器功率密度可因此而得到提高。
圖1為功能圖10，此圖以示例方式顯示了由纏結(jié)態(tài)納米管11和吸引的納米顆粒12形成的導(dǎo)電通道網(wǎng)13。為清楚起見，放大了其中納米管11與納米顆粒12的相對(duì)尺寸和位置。以高比表面積CNTs來形成復(fù)合電極，由于CNTs的高縱橫比和纏結(jié)而顯著提高了電極孔隙率。由于CNTs所提供的開放的電極網(wǎng)和電導(dǎo)率，從電解質(zhì)到復(fù)合活性物質(zhì)的離子可進(jìn)入性是有利的。在具有有序結(jié)構(gòu)的復(fù)合電極中，納米顆粒附著到CNTs的表面。因此，納米管作為導(dǎo)體的功能得到了充分利用而且獲得了高度有效的導(dǎo)電通路。結(jié)果就是，電容器和電池的電極容量以及電容器和超級(jí)電容器的電極電容得到了顯著提高。最后，用這種技術(shù)形成的膜提供了CNTs的靈活性和纏結(jié)，從而確保了良好的復(fù)合電極機(jī)械性能。
在一個(gè)實(shí)施方案中，通過EPD來制各高度導(dǎo)電的多壁碳納米管(MWNTs)電極，以在導(dǎo)電金屬箔上形成薄膜電極，上述導(dǎo)電金屬箔例如為鎳、鋁、或銅箔，它們可被用作集電器。這種電極可在電池、超級(jí)電容器、或燃料電池應(yīng)用中被用作電極。這種薄膜電極還可被用作目前工藝水平電池中的基極電極以提高性能。
在一個(gè)實(shí)施方案中，所制備的復(fù)合電極包括作為導(dǎo)電填料的高度導(dǎo)電多壁碳納米管(MWNTs)以及作為活性元件的納米尺寸顆粒。納米尺寸顆粒通過EPD、ELD、或直接沉積被組裝到納米管的表面上，以在導(dǎo)電金屬箔上形成薄膜復(fù)合電極，上述導(dǎo)電金屬箔例如為鎳、鋁、或銅箔，它們可被用作集電器。納米顆?？捎蒐iCoO2、LiMnO2、LiNiO2、LixMn1-yNiyO2組成，用于鋰離子電池；可由非晶態(tài)MnO2或RuO2組成，用于超級(jí)電容器；而且可由Pt或Ru組成，用于燃料電池。
納米顆粒是通過低溫合成制成的。例如，為合成LiCoO2納米顆粒，用檸檬酸將硝酸鋰和鈷溶解于蒸餾水中，這被用作燃燒合成的燃料。上述溶液被置于熱板上，以使水蒸發(fā)并自燃，從而通過化合作用形成疏松粉末。圖2為TEM圖像20，顯示了由LiCoO2構(gòu)成的納米顆粒。TEM圖像20的比例尺為50nm。參看TEM圖像20，如圖所示，LiCoO2納米顆粒的尺寸在500℃溫度條件下退火三個(gè)小時(shí)之后約為20-30nm。制成納米顆粒的其它方法也是可能的。
實(shí)施例1 電泳沉積(EPD)是一種膠體工藝。原料是通過帶電粒子的運(yùn)動(dòng)，直接由穩(wěn)定懸浮液成形的，上述帶電粒子在直流電場(chǎng)作用下朝向電極被分散于液體中。CNTs和納米顆粒凝聚從而在電極上形成沉積物。
在一個(gè)實(shí)施方案中，帶電的CNTs和納米顆粒通過向上沉積而在溶液中與沉淀物間隔開。兩個(gè)導(dǎo)電金屬箔，例如，銅箔，以平行方向被引入穩(wěn)定懸浮液內(nèi)，其中一個(gè)金屬箔優(yōu)選疊置于另一個(gè)匹配的箔的上方。金屬箔被連接到直流電源并被用作EPD電極。
可制備具有不同濃度碳納米管的穩(wěn)定懸浮液。為制備穩(wěn)定懸浮液，預(yù)定量的回流官能化(refluxed functionalized)CNTs、LiCoO2納米顆粒、及諸如Mg(NO3)2或等效硝酸鹽之類的電解質(zhì)，被放置在含有作為溶劑的乙醇的燒杯中。溶液經(jīng)聲波處理約30分鐘。在一個(gè)典型實(shí)驗(yàn)中，15mg官能化的MWNTs通過超聲波被分散于200ml乙醇中。為在MWNTs上產(chǎn)生表面電荷，10-5～10-4摩爾(mol)的Mg(NO3)2被添加到穩(wěn)定懸浮液內(nèi)作為電解質(zhì)。一旦穩(wěn)定懸浮液可用，大約20-45伏的直流電即被施加到電極上。最佳電流約為60-80mA。
圖3和圖4為TEM圖像30、40，它們顯示了通過EPD制備的復(fù)合電極的納米結(jié)構(gòu)。TEM圖像40的比例尺為1.0μm。TEM圖像30、40均顯示復(fù)合陰極膜，其中復(fù)合陰極膜分別由15wt％和10wt％濃度的LiCoO2/MWNTs合成物中的MWNTs和LiCoO2納米顆粒組成。當(dāng)復(fù)合電極中的MWNTs的百分率約為15wt％時(shí)，MWNTs往往用作組裝納米顆粒的模板，并可獲得有序化結(jié)構(gòu)。然而，當(dāng)復(fù)合電極中MWNTs的百分率約為10wt.％時(shí)，有序化程度降低。有序結(jié)構(gòu)有助于形成具有較高濃度CNTs的樣本，這是因?yàn)橛休^多的可供納米顆粒附著的可用表面。此外，在EPD過程中CNTs移動(dòng)比納米顆?？觳⑵鸬郊{米電極作用以便將納米顆粒沉積到EPD電極上。當(dāng)穩(wěn)定懸浮液內(nèi)CNTs的濃度較低時(shí)，納米顆粒傾向于直接沉積到EPD電極上從而形成一層膜，在這層膜上CNTs和納米顆粒以規(guī)則方式混合在一起。
實(shí)施例2 電解沉積(ELD)也是一種在電極反應(yīng)中由金屬鹽溶液形成薄膜的膠體工藝。在一個(gè)實(shí)施方案中，為制備非晶態(tài)MnO2(a-MnO2)復(fù)合電極，使官能化MWNTs懸浮在含錳鹽的溶劑中。在官能化MWNTs的各壁上官能團(tuán)的存在，使Mn2+離子得以被容易地吸收。在一個(gè)典型實(shí)驗(yàn)中，在DMF中制備濃度為5mg/ml的MWNTs的膠體懸浮液并添加約30mg的Mn(NO3)2·6H2O。為進(jìn)行電化學(xué)測(cè)量，將1M Na2SO4水溶液用作電解質(zhì)。此懸浮液進(jìn)行聲波處理約30分鐘。通過在鎳箔上直接沉積0.10ml膠體懸浮液并在室溫條件下干燥制備復(fù)合電極。在干燥之后，所述電極在加熱爐中，被以5℃/分鐘的加熱速率加熱到250℃，并保持在250℃大約30分鐘。在加熱過程中，Mn(NO3)2作為氣體被釋放且生成非晶態(tài)MnO2產(chǎn)物。
圖5A-B是曲線圖，顯示了復(fù)合電極的循環(huán)伏安圖50、60。x軸表示電壓。y軸表示以毫安(mA)為單位的電流。循環(huán)伏安圖50、60是以掃描速率50mV/s獲得的，對(duì)應(yīng)于超級(jí)電容器。首先參考圖5A，其中顯示的超級(jí)電容器帶有由MnO2構(gòu)成的復(fù)合電極。復(fù)合電極中的活性材料約為1.4mg，包括大約0.5mg的CNTs和大約0.9mg的MnO2納米管。接下來參考圖5B，其中顯示超級(jí)電容器帶有由純CNTs構(gòu)成的電極。電極中的活性材料是大約0.5mg的CNTs。復(fù)合電極超級(jí)電容器所產(chǎn)生的電流明顯大于純CNTs電極超級(jí)電容器所產(chǎn)生的電流。復(fù)合電極超級(jí)電容器的電容約為46法/克(F/g)，這大約兩倍于純CNTs電極超級(jí)電容器的電容，純CNTs電極超級(jí)電容器的電容約為20F/g。
圖6A-B是曲線圖，顯示了超級(jí)電容器的循環(huán)伏安圖70、80。循環(huán)伏安圖70、80分別是以100mV/s和250mV/s掃描速率獲得的，對(duì)應(yīng)于帶有由MnO2構(gòu)成的復(fù)合電極的超級(jí)電容器。兩圖中超級(jí)電容器的CV(循環(huán)伏安圖)形狀仍然接近于矩形，即便是以高掃描速率獲取也是如此，并可得到約20-25kW/kg的最大功率密度。
最后，圖7和8是曲線圖，顯示了復(fù)合電極的循環(huán)伏安圖90、100。循環(huán)伏安圖90、100分別是以500毫伏/秒(Mv/s)和5Mv/s掃描速率獲得的，對(duì)應(yīng)于帶有由MnO2構(gòu)成的復(fù)合電極的超級(jí)電容器。如果以較低掃描速率計(jì)算的話，可獲得大約70F/g的電容，諸如參考圖8所示。
實(shí)施例3 也可通過結(jié)合EPD和ELD，來制備用于超級(jí)電容器的由a-MnO2構(gòu)成的復(fù)合電極。官能化MWNTs帶有負(fù)電荷，且當(dāng)將其加入金屬鹽溶液中時(shí)可容易地用陽離子充電。在一個(gè)典型實(shí)驗(yàn)中，4.5mg的官能化MWNTs通過超聲波而被分散在60ml乙醇中并且10mg的Mn(NO3)2被加入懸浮液內(nèi)作為電解質(zhì)。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在電極上通過MWNT沉積形成得到的膜表現(xiàn)出強(qiáng)粘合力，并且不需要粘合劑。由于最底部沉積層中的MWNTs與電極集電器直接電性接觸，因此從電極材料到集電器的直接電通路是可利用的，并且接觸電阻以及內(nèi)部電阻達(dá)到最小。進(jìn)一步的實(shí)施方案 除了由純MWNTs構(gòu)成的電極導(dǎo)體，在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，通過改變碳納米管的體積百分比，碳納米管混合物與炭黑粒子能夠被接合(engaged)。
此外，在更進(jìn)一步的實(shí)施方案中，水或其它有機(jī)溶劑而不是乙醇，能夠被用來制備碳納米管的懸浮液。
此外，在更進(jìn)一步的實(shí)施方案中，其它硝酸鹽而不是Mg(NO3)2，可在EPD過程中被用作電解質(zhì)以使得納米顆粒和納米管充電。
而且，法拉第反應(yīng)的活性部位可被延伸到復(fù)合電極中接觸點(diǎn)周圍區(qū)域。從MWNTs與活性納米顆粒表面之間的接觸點(diǎn)流出的電子參與到法拉第反應(yīng)中。因此，從復(fù)合電極可獲得超級(jí)電容器的較大電容或是鋰離子電池的較大能量或功率容量。
類似地，用膠體技術(shù)諸如EPD、ELD、或直接沉積形成的復(fù)合電極，例如在被用作電容器集電器時(shí)，顯示出對(duì)電極的強(qiáng)粘合力，并且無需粘合劑。由于MWNT的最底部沉積層中的MWNTs和納米顆粒膜是直接連接到集電器的，接觸電阻和內(nèi)部電阻達(dá)到最小，這使得電容器功率密度和鋰離子電池比率容量得到了提高。
盡管參考其實(shí)施方案特別顯示和描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，可在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)所述本發(fā)明內(nèi)容進(jìn)行其它改變而不背離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種通過電泳沉積制備納米結(jié)構(gòu)復(fù)合電極的方法，包括通過超聲波，使得溶液中包括官能化碳多壁納米管的導(dǎo)電材料和包括合成的納米顆粒的活性材料懸浮，而成為穩(wěn)定懸浮液；通過將電解質(zhì)添加到所述穩(wěn)定懸浮液中，向所述活性材料施加表面電荷；以相反的平行方向，將至少兩個(gè)電極，包括導(dǎo)電金屬箔，引入所述穩(wěn)定懸浮液內(nèi)；以及在所述電極之間形成直流電場(chǎng)，其強(qiáng)度足以在所述電極上形成導(dǎo)電材料和所述活性材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括使得至少一個(gè)所述電極相對(duì)于其它電極疊置定向，以便向上沉積所述導(dǎo)電材料和所述活性材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述直流電場(chǎng)是通過施加介于20-45伏之間的直流電壓和介于60-80mA之間的電流來形成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述碳多壁納米管的百分率包括10wt％與15wt％之間的范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電解質(zhì)包括化合物，該化合物選自包含介于10-5與10-4摩爾之間范圍的Mg(NO3)2的組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述導(dǎo)電金屬箔選自包含鎳、鋁、或銅的組。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將堿金屬和過渡金屬溶解到檸檬酸水溶液中；從所溶解的溶液中蒸發(fā)掉水；以及通過自燃燃燒和退火來形成所述合成的納米顆粒。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述合成的納米顆粒包括化合物，該化合物選自包含LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2、及LixMn1-yNiyO2的組。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述合成的納米顆粒包括化合物，該化合物選自包含二氧化錳和二氧化釕的組。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述合成的納米顆粒包括化合物，該化合物選自包含鉑和釕的組。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述退火在約500℃溫度進(jìn)行約三個(gè)小時(shí)。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述方法制備的納米結(jié)構(gòu)復(fù)合電極。
13.一種通過直接沉積制備納米結(jié)構(gòu)復(fù)合電極的方法，包括通過超聲波，使得含錳鹽溶劑中包括官能化碳多壁納米管的導(dǎo)電材料和活性材料懸浮，成為膠體懸浮液；直接沉積一層所述膠體懸浮液到至少一個(gè)電極，包括導(dǎo)電金屬箔上，隨后進(jìn)行干燥；以及退火所述電極，以將所述膠體懸浮液分解成包括合成的納米顆粒的非晶態(tài)沉積物。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述退火是以大約5℃/分鐘的加熱速率提供的，并在大約250℃溫度保持約30分鐘。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述活性材料包括化合物，該化合物選自包含Mn(NO3)2·6H2O的組。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述合成的納米顆粒包括化合物，該化合物選自包含非晶態(tài)MnO2的組。
17.一種根據(jù)權(quán)利要求13所述方法制備的納米結(jié)構(gòu)復(fù)合電極。
18.一種通過電泳和電解質(zhì)沉積的組合制備納米結(jié)構(gòu)復(fù)合電極的方法，包括通過超聲波，使得乙醇中包含官能化碳多壁納米管的導(dǎo)電材料懸浮，成為穩(wěn)定懸浮液；將包含金屬鹽的電解質(zhì)添加到所述穩(wěn)定懸浮液內(nèi)；以平行方向，將至少兩個(gè)電極，包括導(dǎo)電金屬箔，引入所述穩(wěn)定懸浮液內(nèi)；且在所述電極之間形成直流電場(chǎng)，其強(qiáng)度足以在所述電極上形成導(dǎo)電材料和所述活性材料。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括使得至少一個(gè)所述電極相對(duì)于其它電極疊置定向，以便向上沉積所述導(dǎo)電材料和所述活性材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述直流電場(chǎng)是通過施加介于20-45伏之間的直流電壓和介于60-80mA之間的電流來形成的。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述碳多壁納米管的百分率包括10wt％與15wt％之間的范圍。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述電解質(zhì)包含化合物，該化合物選自包含Mn(NO3)2的組。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述合成的納米顆粒包含化合物，該化合物選自包含非晶態(tài)MnO2的組。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述導(dǎo)電金屬箔選自包含鎳、鋁、或銅的組。
25.一種根據(jù)權(quán)利要求18所述方法制備的納米結(jié)構(gòu)復(fù)合電極。
全文摘要
提供了一種通過電泳沉積制備納米結(jié)構(gòu)復(fù)合電極的方法及由此制備的產(chǎn)品。在溶液中，導(dǎo)電材料和活性材料通過超聲波而被懸浮成為穩(wěn)定的懸浮液。導(dǎo)電材料包含官能化碳多壁納米管。活性材料包含合成的納米顆粒。通過將電解質(zhì)添加到穩(wěn)定懸浮液內(nèi)來將表面電荷施加到活性材料。以相反的平行方向，將至少兩個(gè)電極引入穩(wěn)定懸浮液內(nèi)。形成于電極之間的直流電場(chǎng)足以引起在電極上形成導(dǎo)電材料和活性材料。
文檔編號(hào)H01M4/04GK1936102SQ200610108509
公開日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2006年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月5日
發(fā)明者K·J·葉 申請(qǐng)人:邁迪泰克有限公司