科创中国
一种石墨烯包覆多孔材料的制备方法
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2022-11-08 10:45:45
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：“科创中国”佛山中国发明成果转化研究院产业科技服务团| 佛山中国发明成果转化研究院 | 2022-11-10 16:22:29
在新能源领域，一些多孔材料由于能提供较高的比容量，有望能够大幅度提高电
池的能量密度。然而，由于在充放电过程中体积变化太大，纯相的多孔材料被证明不适用于制作电极。研究发现将这些多孔材料与碳材料进行复合后，能够显著改善其循环稳定性。本成果所述研究上，进一步通过真空原位还原的方式将氧化石墨烯还原后均匀地包覆在多孔金属的表面，实现了石墨烯的包覆和多孔金属制备的同步进行，可以一步制得由石墨烯包覆的多孔合金复合电极材料，工艺简单实用，而且成本低。
(1)所述的多孔材料中含有石墨烯，因此可以大大提高材料的导电性；当该类材料作为电极材料，其循化性也会有极大的提高。
(2)该多孔材料中的石墨烯是由氧化石墨烯原位还原得到的，因此会均匀的复合，氧化石墨烯表面有大量的官能团，如羧基、羟基、环氧基，在高温真空的条件下，不仅仅是低沸点的元素会被抽出，这些表面的官能团也会被抽出，所以氧化石墨烯会转化为石墨烯，这个过程中不会浪费能源，污染环境，因为在合成多孔材料的同时可以将石墨烯制得，因此会提高能源的利用率，得到均匀复合的石墨烯复合的多孔材料。
(3)所脱出的低熔沸点的物质可以回收利用，不会污染环境，真空热处理工艺稳定，易于大规模生产。
(4)所制备的多孔材料孔径分布均匀，并且孔的大小可以通过真空温度和时间来调控。
(5)石墨烯是一种具有高导电性的物质，包覆在多孔材料表面会大幅度提高材料的导电性，得到更好的电化学性能。
由于多孔材料的内部含有孔隙结构，多孔金属除了拥有金属材料本身优良的导热性、导电性、高韧性、易加工、耐腐蚀性等性能外，而且还有大量孔隙结构的存在使其拥有独特的功能特性，还具有优良的流体通过能力。由于具有上述结构特性，多孔材料在能源、环保、冶金机械、电力电子、生物制药以及航空航天等领域都有广泛的应用。 本项目在多孔材料的特性上，通过添加石墨烯得到均匀复合的石墨烯复合多孔材料，可提高材料的导电性能，可作为电池的负极材料，应用于汽车、电动车及储能材料中。
山东大学是一所历史悠久、学科齐全、实力雄厚、特色鲜明的教育部直属重点综合性大学，在国内外具有重要影响，2017年顺利迈入世界一流大学建设高校（A类）行列。校总占地面积8000余亩，形成了一校三地（济南、威海、青岛）的办学格局，是中国目前学科门类最齐全的大学之一，在综合性大学中具有代表性，拥有博士学位授权一级学科44个，博士学位授权二级学科1个，硕士学位授权一级学科51个，本科招生专业93个，博士后科研流动站42个，涵盖除军事学以外的所有学科门类。学校现有在校生近7万人，专任教师4600余人，其中，中国科学院和工程院院士（含双聘）21人，长江学者特聘教授42人、长江青年13人，国家杰出青年科学基金获得者55人、优秀青年科学基金获得者42人，国家特支计划领军人才32人、青年拔尖人才16人，国家百千万人才工程入选者39人；国家级各类平台基地26个，教育部人文社会科学重点研究基地4个，部委级平台51个，另有大批省级重点实验室和工程技术研究中心；拥有多家直属附属医院；与30多个国家和地区的200余所学校签署了校际合作协议。
在新能源领域，一些多孔材料由于能提供较高的比容量，有望能够大幅度提高电池的能量密度。然而，由于在充放电过程中体积变化太大，纯相的多孔材料被证明不适用于制作电极。研究发现将这些多孔材料与碳材料进行复合后，能够显著改善其循环稳定性。另外，由于多孔材料的孔结构能够缓冲其体积变化，因此材料的孔隙率也对循环性能有极大的影响。制备高度分散且具有合适孔隙率的多孔复合材料是保证其循环稳定性的关键。因此，开发一种低成本、绿色环保、结构可控稳定的多孔材料的制备方法具有十分重要的意义。
本项目希望以技术转让或技术许可的方式进行转化落地。
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