一种具有核壳结构的电极材料及其制备和应用
专利汇可以提供一种具有核壳结构的电极材料及其制备和应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种具有 核壳结构 的 电极 材料，其为直径是微米或亚微米结构的 纳米 纤维 结构，直径尺寸范围为50-5000nm，以纤维丝为芯称之为核层，于纤维丝外表面包裹的膜为壳层，壳层厚度与核层半径比值为10:1至1:10之间，壳层结构还包括孔径为 纳米级 的多孔结构，孔径尺寸范围为2至50nm孔隙率为10至70％。与 现有技术 相比，本 发明 所制备的电极材料结构有序可控、传质性能好、贵金属利用率高、离子传输效率高、实用性强。，下面是一种具有核壳结构的电极材料及其制备和应用专利的具体信息内容。
1.一种具有核壳结构的电极材料，其特征在于：其为直径是微米或亚微米结构的纳米纤维结构；该结构以纤维丝为芯称之为核层，于纤维丝外表面包裹的膜为壳层，壳层厚度与核层半径比值为10:1至1:10之间，壳层结构还包括孔径为纳米级的多孔结构。
2.如权利要求1所述的电极材料，其特征在于：所述纳米纤维结构的直径尺寸范围为
50-5000nm。
3.如权利要求1所述的电极材料，其特征在于：所述壳层孔的孔径尺寸范围为2至50nm。
4.如权利要求1所述的电极材料，其特征在于：所述壳层的孔隙率为10至70％。
5.如权利要求1所述的电极材料，其特征在于：所述核壳结构电极材料的核层结构构成材料为离子导体材料；壳层结构构成材料为电子导体材料。
6.如权利要求5所述的电极材料，其特征在于：所述离子导体为全氟磺酸聚合物、聚苯并咪唑、聚醚醚酮及它们三者中任一衍生物材料中的一种或二种以上；所述电子导体材料包括铂、金、银、钌、钯或它们五者中任二者以上的合金中的一种或二种以上；其中不添加或还可添加非贵金属电催化材料。
7.如权利要求6所述的电极材料，其特征在于：所述非贵金属电催化材料为掺氮无定型碳材料、过渡金属氮化物、过渡金属氧化物中的一种或二种以上。
8.一种权利要求1-7任一所述电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
a.壳层材料纺丝溶液制备：将电子导体的前体加入溶剂中得电子导体的前体质量浓度为1％至10％的壳层材料溶液；于所得壳层材料溶液中加入聚丙烯酸、聚环氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或二种以上，使其质量浓度为1％至20％，搅拌得壳层纺丝溶液；
b.核层材料溶液的制备：将离子导体聚合物溶解于溶剂中，使其质量浓度为1％至
20％，搅拌得核层纺丝溶液；
c.核壳结构电极材料的静电纺丝制备
将上述步骤a制备的纺丝溶液置于同轴纺丝注射装置的外层入口，将上述步骤b制备的纺丝溶液置于同轴纺丝注射装置的内层入口，内层进料速度与外层进料速度比为1:10至
10:1，纺丝电位为10至30kV，制得的复合材料备用；
d、将上述制备的复合材料采用氢还原法或化学法还原，制得核壳结构电极材料。
9.如权利要求8所述电极材料的制备方法，其特征在于：
步骤a中所述电子导体的前体为贵金属前体盐，为氯铂酸、氯金酸、硝酸银、氯化钌、氯钯酸中的一种或二种以上；
步骤b所述离子导体聚合物为全氟磺酸聚离子、聚苯并咪唑、聚醚醚酮及它们三者中任一衍生物材料中的一种或二种以上；
步骤a及b所述溶剂为水、二甲基甲酰胺、甲醇或乙醇中的一种或二种以上；步骤a和b的溶剂可不同。
10.如权利要求8所述电极材料的制备方法，其特征在于：
步骤a及b所述壳层纺丝溶液和核层纺丝溶液的制备过程温度为室温-80℃；搅拌时间为2至48h。
11.如权利要求8所述电极材料的制备方法，其特征在于：
步骤c所述外层进料速度为0.1至2mL/min，针头距离接收器为5至20cm。
12.如权利要求8所述电极材料的制备方法，其特征在于：
步骤a中所述电子导体的前体中还含有掺氮无定型碳材料和/或非贵金属前体盐；所述非贵金属前体盐硝酸铁、硝酸镍、硝酸钴、硝酸铜中的一种或二种以上；所述贵金属前体盐、与掺氮无定型碳材料和/或非贵金属前体盐物质的量之比为5:1至1:5。
13.如权利要求8所述电极材料的制备方法，其特征在于：
步骤b所述核层纺丝溶液中可加入聚丙烯酸、聚环氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或二种以上，质量浓度不超过10％。
14.如权利要求8所述电极材料的制备方法，其特征在于：
步骤d所述氢还原法为将复合材料置于氢氩混合气中高温反应；
步骤d所述化学还原法为将复合材料置于硼氢化钠或水合肼水溶液中反应。
15.如权利要求14所述电极材料的制备方法，其特征在于：
所述氢还原法中氢氩混合气中氢气体积浓度为5至20％；流速为10至100mL/min；反应温度为200至400℃，反应时间为2至8h；
所述化学还原法中硼氢化钠或水合肼水溶液的浓度为0.1至2M；反应温度为10-40℃，反应时间10至180min。
16.一种权利要求1-7所述电极材料的应用，其特征在于：所述核壳结构电极材料可用于质子交换膜燃料电池、或金属空气电池、或超级电容器、或锂离子电池中。
一种具有核壳结构的电极材料及其制备和应用
技术领域
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发明内容
具体实施方式
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