负载单原子镍的多孔碳、制备方法及其在碘电池中的应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115863614A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202111123901.6(22)申请日2021.09.24(71)申请人南京理工大学地址210094江苏省南京市孝陵卫200号(72)发明人唐宁宁翟腾李锦夏晖孙硕李康雷杰(74)专利代理机构南京理工大学专利中心32203专利代理师刘海霞(51)Int.Cl.H01M4/38(2006.01)H01M4/587(2010.01)H01R4/38(2006.01)H01M10/054(2010.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称负载单原子镍的多孔碳、制备方法及其在碘电池中的应用(57)摘要本发明公开了一种负载单原子镍的多孔碳、制备方法及其在碘电池中的应用。所述方法先将酸化处理后的多孔碳浸泡在硝酸镍溶液中，随后在氩气管式炉中进行退火，最后用浓盐酸浸泡，制得负载单原子镍的多孔碳。本发明负载单原子镍的多孔碳作为正极应用于碘电池时，多孔碳上‑负载的单原子镍能催化加速吸附中间产物I3和I2，抑制其穿梭效应，减少活性物质的损失，提高活性物质的利用率，从而提高其容量和循环稳定性。CN115863614ACN115863614A权利要求书1/1页1.负载单原子镍的多孔碳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将酸化处理后的多孔碳浸泡在硝酸镍溶液中，置于氩气氛围的管式炉中，于700～900℃下退火，退火结束后，冷却至室温，在浓盐酸中浸泡4～8h，得到负载单原子镍的多孔碳。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的酸化处理为将多孔碳浸泡在浓硝酸中，60℃下浸泡8h，去除表面杂质、增加亲水性。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，硝酸镍溶液的浓度为0.035～0.075mol/L，浸泡时间为12h，浸泡温度为40℃。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，退火时间为1h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，退火温度为800℃。6.根据权利要求1至5任一所述的制备方法制得的负载单原子镍的多孔碳。7.根据权利要求6所述的负载单原子镍的多孔碳在碘电池中的应用。8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，负载单原子镍的多孔碳作为正极材料，碘化钾为电解液。2CN115863614A说明书1/4页负载单原子镍的多孔碳、制备方法及其在碘电池中的应用技术领域[0001]本发明涉及一种负载单原子镍的多孔碳、制备方法及其在碘电池中的应用，属于电化学储能技术领域。背景技术[0002]目前，金属离子电池如锂离子电池在电动汽车和便携式电子设备领域得到了广泛的应用，然而对非金属离子的研究却鲜有报道。氟离子电池的突破为非金属离子电池指明了方向，但是由于其应用条件苛刻、电极材料价格昂贵，所以短时间内难以实现大规模推广及应用。碘作为和氟、硫同一主族的元素，其在海洋中储量丰富和较高比容量，近年来在电池中的应用广泛。[0003]当电解质为氧化还原活性物质时，氧化还原反应立即发生在电极表面。传统氧化还原活性物质存在于固相的电极材料之中，但是液相中的动力学过程相较于固相中要更加有效。碘化钾作为氧化还原电解质相比于铁氰化钾、对苯二酚，无毒且绿色环保。由于KI这种氧化还原物质存在于水系电解液中，容易产生穿梭效应，并在循环过程中生成的碘单质易沉积，从电解液中析出，造成活性物质的损失，降低了电解质的利用率，影响体系的容量和循环稳定性。[0004]文献1(NanoLett,2015,15(9):5982‑5987)采用溶解‑吸附的方法将碘固定在活性碳布的微孔中，作为锂电池的正极材料，以0.5C的倍率进行充放电测试，初始放电容量为299mAhg‑1。文献2(MaterialsChemistry&Physics,2016,169:192‑197)利用自支撑的碘量子点修饰的氧化石墨烯膜作为正极，电流密度为100mAg‑1时，容量为170mAhg‑1。[0005]与此同时，单原子催化在催化领域受到越来越多的关注。单原子催化剂在原子效率最大化、增强目标产物的选择性、提高本征活性以及增强循环性能等方面显示出明显的优势。储能领域中，单原子催化多用于锂硫电池。文献3(JournalofEnergyChemistry,2021,54:452‑466)报道了单原子催化能积极促进硫的氧化还原反应，并通过在多硫化物/硫化物与单个金属原子之间形成牢固的相互作用，以及形成易于反应物分解的局部配位结构，大大降低了转化反应的能垒。发明内容[0006]本发明的目的在于提供一种负载单原子镍的多孔碳、制备方法及其在碘电池中的应用。通过将单原子镍负载在多孔碳上，催化加强充放电和循环过程中多孔碳对电解液中‑I3、I2的吸附，减少穿梭反应，提高活性物质利用率，