本發(fā)明屬于資源循環(huán)利用，具體涉及一種儲(chǔ)能承載材料及其制備方法以及一種結(jié)構(gòu)型電極及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的供電方式，比如火電、遠(yuǎn)距離輸電和分布式發(fā)電系統(tǒng)等，因不同程度地在環(huán)境保護(hù)、資源枯竭、穩(wěn)定性或土地供給等方面存在問題，導(dǎo)致傳統(tǒng)的供電方式難以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)地發(fā)展。因此，研究人員主張發(fā)展綠色能源建筑和能源自給自足型建筑。目前，有研究人員提出一種概念：將建筑物本身改造成電能儲(chǔ)存裝置，并在建筑物的屋頂設(shè)置光伏板，光伏板轉(zhuǎn)化的電能直接儲(chǔ)存在建筑物中，其儲(chǔ)存的電能可供日常用電需求或作為緊急備用能源，實(shí)現(xiàn)建筑物的能源自給自足。

2、建造綠色能源建筑和能源自給自足型建筑，自然需要用到結(jié)構(gòu)型電極。傳統(tǒng)的電極通常采用金屬或金屬氧化物制成，通常不具備承載能力。有的研究人員嘗試采用水泥作為結(jié)構(gòu)型電極，雖然部分性能達(dá)到了要求，但是電極的循環(huán)保持率低，無法滿足綠色能源建筑和能源自給自足型建筑的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種儲(chǔ)能承載材料及其制備方法以及一種結(jié)構(gòu)型電極及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)型電極具備承載能力和儲(chǔ)能能力，并且循環(huán)保持率高。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種儲(chǔ)能承載材料，所述儲(chǔ)能承載材料包括基體和分布在所述基體內(nèi)部的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；所述基體為工業(yè)副產(chǎn)物的水化產(chǎn)物；所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)電材料和磁改性土。

4、優(yōu)選的，所述基體和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比為35～100:0.01～5；所述導(dǎo)電材料和磁改性土的質(zhì)量比為0.01～5:20～50。

5、本發(fā)明還提供了上述方案所述儲(chǔ)能承載材料的制備方法，包括以下步驟：

6、將工業(yè)副產(chǎn)物、磁改性土、導(dǎo)電材料和堿激發(fā)劑混合，得到混合漿體；所述工業(yè)副產(chǎn)物具有火山灰活性且在ph≥10環(huán)境下能發(fā)生火山灰反應(yīng)；

7、將所述混合漿體在外加磁場中依次振實(shí)和養(yǎng)護(hù)，得到所述儲(chǔ)能承載材料。

8、優(yōu)選的，所述磁改性土為磁改性粘土；所述磁改性粘土的制備方法為：將活化后的粘土與水混合得到粘土懸濁液，向所述粘土懸濁液中加入fe3o4磁性納米顆粒進(jìn)行攪拌混合，使所述粘土懸濁液中的粘土顆粒吸附所述fe3o4磁性納米顆粒；所述fe3o4磁性納米顆粒由fe3+和fe2+鹽通過化學(xué)共沉積法合成。

9、本發(fā)明還提供了一種結(jié)構(gòu)型電極，包括電極本體與部分內(nèi)嵌在所述電極本體內(nèi)部的集流體；所述電極本體為上述方案所述儲(chǔ)能承載材料或上述方案所述制備方法得到的儲(chǔ)能承載材料。

10、優(yōu)選的，所述集流體兩側(cè)的電極本體連接部分的長度與電極本體相同，寬度為0.3～0.7cm。

11、本發(fā)明還提供了上述方案所述結(jié)構(gòu)型電極的制備方法，包括以下步驟：

12、將工業(yè)副產(chǎn)物、磁改性土、導(dǎo)電材料和堿激發(fā)劑混合，得到混合漿體；

13、將所述混合漿體注入模具中，趁所述混合漿體處于流動(dòng)狀態(tài)時(shí)將集流體放入混合漿體中，然后將所述模具在外加磁場中依次振實(shí)和養(yǎng)護(hù)，得到所述結(jié)構(gòu)型電極。

14、優(yōu)選的，所述養(yǎng)護(hù)包括依次進(jìn)行帶模養(yǎng)護(hù)和脫模養(yǎng)護(hù)；所述帶模養(yǎng)護(hù)的溫度為18～22℃，濕度為95～98％，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為24～48h。

15、優(yōu)選的，所述脫模養(yǎng)護(hù)在浸泡液中浸泡養(yǎng)護(hù)；所述浸泡液的濃度為1～6m；所述浸泡液包括nacl溶液、kcl溶液、na2so4溶液、k2so4溶液、naoh溶液和koh溶液中的一種或幾種；所述脫模養(yǎng)護(hù)的溫度為室溫。

16、本發(fā)明還提供了上述方案所述結(jié)構(gòu)型電極或上述方案所述制備方法得到的結(jié)構(gòu)型電極在能源開發(fā)與利用領(lǐng)域中的應(yīng)用。

17、本發(fā)明提供了一種儲(chǔ)能承載材料。本發(fā)明提供的儲(chǔ)能承載材料，兼具良好的承載能力與儲(chǔ)能能力，循環(huán)保持率高，5000次循環(huán)保持率在93％以上，抗壓強(qiáng)度高。

18、本發(fā)明還提供了上述方案所述儲(chǔ)能承載材料的制備方法。本發(fā)明以工業(yè)副產(chǎn)物、磁改性土和導(dǎo)電材料為主要原料，其中，工業(yè)副產(chǎn)物具有火山灰活性，生成的水化產(chǎn)物形成堅(jiān)固的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為材料提供承載能力；磁改性土在外加磁場作用下定向排布，構(gòu)成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，為導(dǎo)電材料提供通路，形成完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；同時(shí)，磁改性土表面帶有負(fù)電荷，使其在水中易于分散并與陽離子結(jié)合，從而有助于離子或電子的傳導(dǎo)，提升其電化學(xué)性能；磁改性土表面的負(fù)電荷還可以增加導(dǎo)電材料的分散性，克服導(dǎo)電材料易團(tuán)聚的特性，均勻分散的導(dǎo)電材料可以形成更多有效的導(dǎo)電路徑，增強(qiáng)材料的導(dǎo)電性能。

19、本發(fā)明還提供了一種結(jié)構(gòu)型電極。本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)型電極，同時(shí)具備承載能力與儲(chǔ)能能力，循環(huán)保持率高，5000次循環(huán)保持率在93％以上，抗壓強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，與建筑的相容性好。本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)型電極采用雙電層電容原理儲(chǔ)存電量，具有良好的穩(wěn)定性和耐久性；同時(shí)，可以避免傳統(tǒng)贗電容漏液、起火的隱患，以及化學(xué)電池報(bào)廢帶來的處理問題，具有環(huán)境友好性和可持續(xù)發(fā)展性。

20、本發(fā)明還提供了上述方案所述結(jié)構(gòu)型電極的制備方法。本發(fā)明以工業(yè)副產(chǎn)物、磁改性土和導(dǎo)電材料為主要原料，經(jīng)混合、養(yǎng)護(hù)和浸泡等過程，避免了高能量密度的燒制過程，制備得到結(jié)構(gòu)型電極。其中，工業(yè)副產(chǎn)物具有火山灰活性，生成的水化產(chǎn)物形成堅(jiān)固的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以為結(jié)構(gòu)型電極提供承載能力；磁改性土在外加磁場作用下定向排布，構(gòu)成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，為導(dǎo)電材料提供通路，形成完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，有利于電子通過集流體均勻地傳遞到電極的各個(gè)角落；同時(shí)，磁改性土表面帶有負(fù)電荷，使其在水中易于分散并與陽離子結(jié)合，從而有助于離子或電子的傳導(dǎo)，提升其電化學(xué)性能；磁改性土表面的負(fù)電荷還可以增加導(dǎo)電材料的分散性，克服導(dǎo)電材料易團(tuán)聚的特性，均勻分散的導(dǎo)電材料可以形成更多有效的導(dǎo)電路徑，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)型電極的導(dǎo)電性能，具體如圖2所示。

21、本發(fā)明提供的制備方法步驟簡單，過程能耗低，原材料成本低，實(shí)現(xiàn)工業(yè)固廢的資源化、高值化利用，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和社會(huì)效益。

22、本發(fā)明還提供了上述方案所述結(jié)構(gòu)型電極或上述方案所述制備方法得到的結(jié)構(gòu)型電極在能源開發(fā)與利用領(lǐng)域中的應(yīng)用。本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)型電極可以用于能源開發(fā)與利用領(lǐng)域，具體的可以是建筑領(lǐng)域能源利用或土木工程領(lǐng)域能源利用，比如建筑的基礎(chǔ)或隔墻，支持建筑物的能源自給自足，推動(dòng)綠色能源建筑和能源自給自足型建筑的發(fā)展，具有較高的市場推廣價(jià)值。

技術(shù)特征：

1.一種儲(chǔ)能承載材料，其特征在于，所述儲(chǔ)能承載材料包括基體和分布在所述基體內(nèi)部的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；所述基體為工業(yè)副產(chǎn)物的水化產(chǎn)物；所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)電材料和磁改性土。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能承載材料，其特征在于，所述基體和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比為35～100:0.01～5；

3.權(quán)利要求1～2任一項(xiàng)所述儲(chǔ)能承載材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述磁改性土為磁改性粘土；所述磁改性粘土的制備方法為：將活化后的粘土與水混合得到粘土懸濁液，向所述粘土懸濁液中加入fe3o4磁性納米顆粒進(jìn)行攪拌混合，使所述粘土懸濁液中的粘土顆粒吸附所述fe3o4磁性納米顆粒；所述fe3o4磁性納米顆粒由fe3+和fe2+鹽通過化學(xué)共沉積法合成。

5.一種結(jié)構(gòu)型電極，包括電極本體與部分內(nèi)嵌在所述電極本體內(nèi)部的集流體；所述電極本體為權(quán)利要求1～2任一項(xiàng)所述儲(chǔ)能承載材料或權(quán)利要求3～4任一項(xiàng)所述制備方法得到的儲(chǔ)能承載材料。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)型電極，所述集流體兩側(cè)的電極本體連接部分的長度與電極本體相同，寬度為0.3～0.7cm。

7.權(quán)利要求5～6任一項(xiàng)所述結(jié)構(gòu)型電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述養(yǎng)護(hù)包括依次進(jìn)行帶模養(yǎng)護(hù)和脫模養(yǎng)護(hù)；

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述脫模養(yǎng)護(hù)在浸泡液中浸泡養(yǎng)護(hù)；

10.權(quán)利要求5～6任一項(xiàng)所述結(jié)構(gòu)型電極或權(quán)利要求7～9任一項(xiàng)所述制備方法得到的結(jié)構(gòu)型電極在能源開發(fā)與利用領(lǐng)域中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于資源循環(huán)利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種儲(chǔ)能承載材料及其制備方法以及一種結(jié)構(gòu)型電極及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的儲(chǔ)能承載材料，兼具良好的承載能力與儲(chǔ)能能力，抗壓強(qiáng)度高。本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)型電極，同時(shí)具備承載能力與儲(chǔ)能能力，抗壓強(qiáng)度高，循環(huán)保持率高，5000次循環(huán)保持率在93％以上，穩(wěn)定性好，與建筑的相容性好。本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)型電極采用雙電層電容原理儲(chǔ)存電量，具有良好的穩(wěn)定性和耐久性；同時(shí)，可以避免傳統(tǒng)贗電容漏液、起火的隱患，以及化學(xué)電池報(bào)廢帶來的處理問題，具有環(huán)境友好性和可持續(xù)發(fā)展性。本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)型電極可以用于能源開發(fā)與利用領(lǐng)域，應(yīng)用場景廣泛。

技術(shù)研發(fā)人員：孫文靜,唐乾通,馮夏庭
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東北大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6