一种CNT修饰的短纤维/木陶瓷电极及其制备方法和应用

一种cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明涉及新能源超级电容器领域，尤其涉及一种碳纳米管(cnt)修饰的短纤维/木陶瓷电极及其制备方法和应用。

背景技术：

2.生物质材料作为一种可再生资源广泛存在于地球的各个角落，生物质炭用于电极材料具有悠久的历史。近年来，智能电子产品发展迅速，移动终端、智能可穿戴装备等对储能电极的要求向着高能量与功率密度方向发展。利用生物质材料的层级孔隙结构、通过人工耦合制备先进储能材料在能源领域备受关注，但目前生物质炭作为电极材料主要以粉末状的形式出现。
3.木陶瓷是一种以基于生物质材料的基本结构、浸渍热固性树脂、热压胶合后烧结而成的新型多孔炭基材料。在一定程度上保存生物质基材的多层级孔隙结构的同时，也具有质量轻、耐化学腐蚀性好等特性，可作为储能电极料活性物质的载体。但木陶瓷作为电极时存在能量密度小、功率密度低等问题，尤其是生物质块状炭基电极还存在脆性大等技术问题。
4.现有使用碳纤维增强木材陶瓷，其技术手段主要是将碳纤维布夹在木材陶瓷片之间而起到增强与增韧的作用，碳纤维没有均匀分散在木材陶瓷片基体中，主要研究的是碳纤维布与木材陶瓷片之间的界面结构、力学行为与断裂机制等。而现有在制备木材陶瓷电极方面，其技术手段主要是使用过渡金属或过渡金属盐作为催化剂，在高温的作用下使其部分石墨化，然后作为块状电极使用，虽然催化石墨化可以改善基体材料的导电性能，但部分催化剂会被还原成金属单质，当作为电极材料时，尤其是在酸性电解质中很快就会被腐蚀，从而会降低性能和缩短使用寿命。

技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有绿环保、简单易行的cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极及其制备方法和应用。
6.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
7.一种cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极，包括羟基化碳纳米管和块状的短纤维/木陶瓷基体材料，所述短纤维/木陶瓷基体材料以生物质材料粉末为基材，以水性热固性环氧树脂为粘合剂，添加长度为0.1～5mm的碳纤维后经热压成型、烧结得到，所述羟基化碳纳米管均匀沉积在块状的短纤维/木陶瓷基体材料的表面与孔隙中。
8.作为一个总的发明构思，本发明提供一种cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极的制备方法，包括以下步骤：
9.s1、以生物质材料粉末为基材，以水性热固性环氧树脂为粘合剂，添加长度为0.1～5mm的碳纤维后经热压成型、烧结得到块状的短纤维/木陶瓷基体材料；
10.s2、以短纤维/木陶瓷基体材料为阳极，以石墨棒为阴极，以羟基化碳纳米管溶液
为电解液，在5-30v电压条件下进行电沉积，将羟基化碳纳米管沉积在短纤维/木陶瓷基体的表面与孔隙中，干燥后得到cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极。
11.作为对上述技术方案的进一步改进：
12.所述步骤s1具体包括以下步骤：
13.s11、将长度为0.1～5mm的碳纤维粉末与水性热固性环氧树脂混合均匀，得到含有短纤维的水性热固性环氧树脂；
14.s12、将生物质粉末和含有短纤维的水性热固性环氧树脂混合均匀，干燥后经热压成型、脱模、干燥，得到块状的生物质粉末/短纤维/水性热固性环氧树脂复合材料；
15.s13、将生物质粉末/短纤维/水性热固性环氧树脂复合材料在惰性气体保护下烧结，冷却后得到块状的短纤维/木陶瓷基体材料。
16.所述步骤s11中，所述碳纤维粉末与水性热固性环氧树脂的质量比为1:1～100。
17.所述步骤s12中，所述生物质粉末和含有短纤维的水性热固性环氧树脂的质量比为100:1～20，所述生物质粉末为天然木材粉末或天然竹材粉末。
18.所述步骤s13中，所述烧结的温度为800～1200℃，所述烧结的时间为1～3h。
19.所述步骤s2中，所述羟基化碳纳米管溶液为质量浓度为0.1％～2％羟基化碳纳米管溶液。
20.所述步骤s2中，所述羟基化碳纳米管溶液以0.5～1％的十六烷基苯磺酸钠水溶液为分散液，以羟基化碳纳米管为溶质配置而成。
21.所述步骤s2中，所述电沉积的时间为5～240min。
22.作为一个总的发明构思，本发明提供一种前述的cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极或前述制备方法制备得到的cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极在电容器负极材料中的应用。
23.与现有技术相比，本发明的优点在于：
24.本发明的一种cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极包括羟基化碳纳米管和块状的短纤维/木陶瓷基体材料，所述短纤维/木陶瓷基体材料以生物质材料粉末为基材，以水性热固性环氧树脂为粘合剂，添加长度为0.1～5mm的碳纤维(cf)后经热压成型、烧结得到，所述羟基化碳纳米管沉积在块状的短纤维/木陶瓷基体材料的表面与孔隙中，短纤维不仅对木陶瓷基体可起到增强作用，更重要的是还可以改善导电性能，另一方面碳纤维可使用碳纤维加工行业的剩余物，可降低成本，本发明不仅强度较好，更重要的是碳纤维并不是作为一层布夹在木材陶瓷片之间，本发明的碳纤维在基体中的分布均匀，羟基化碳纳米管相对于常规碳纳米管更有利于在电解液中分散，减少团聚，具有较高的能量与功率密度。本发明电极脆性相对较小，断裂韧性约0.33～0.56mpa
·m1/2
。
25.本发明的一种cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极的制备方法，先以生物质材料粉末为基材，以水性热固性环氧树脂为粘合剂，添加长度为0.1～5mm的碳纤维后经热压成型、烧结得到块状的短纤维/木陶瓷基体材料，再以短纤维/木陶瓷基体材料为阳极，以石墨棒为阴极，以羟基化碳纳米管溶液为电解液，在5-30v电压条件下进行电沉积，将羟基化碳纳米管沉积在短纤维/木陶瓷基体的表面与孔隙中，干燥后得到cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极，块状的短纤维/木陶瓷基体材料使得本发明可直接作为电极使用，不需要额外的金属集流体，在整个电极的制备过程中并没有采用催化剂，在酸性电解质中不会被腐蚀。通过cnt的沉积与组装，可改性短纤维/木陶瓷基体材料的孔隙结构，同时碳纳米管的比表面积较大，木材
陶瓷基体组装碳纳米管后，比表面积可以提高200m2·
g-1
以上。
附图说明
26.图1是本发明实施例1中cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极的照片与电镜扫描图。
27.图2是本发明实施例2和实施例3电极的cp曲线。
具体实施方式
28.以下将对本发明做进一步详细说明。除非特殊说明，本发明采用的仪器或材料为市售。
29.本发明的一种cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极，包括羟基化碳纳米管和块状的短纤维/木陶瓷基体材料，所述短纤维/木陶瓷基体材料以生物质材料粉末为基材，以水性热固性环氧树脂为粘合剂，添加长度为0.1～5mm的碳纤维后经热压成型、烧结得到，所述羟基化碳纳米管均匀沉积在块状的短纤维/木陶瓷基体材料的表面与孔隙中。短纤维不仅对木陶瓷基体可起到增强作用，更重要的是还可以改善导电性能，另一方面碳纤维可使用碳纤维加工行业的剩余物，可降低成本，更重要的是还可以改善导电性能，另一方面碳纤维可使用碳纤维加工行业的剩余物，可降低成本，本发明不仅强度较好，更重要的是碳纤维并不是作为一层布夹在木材陶瓷片之间，本发明的碳纤维在基体中的分布均匀，羟基化碳纳米管相对于常规碳纳米管更有利于在电解液中分散，减少团聚，具有较高的能量与功率密度。本发明电极脆性相对较小，断裂韧性约0.33～0.56mpa
·m1/2
。
30.本发明的一种cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极的制备方法，包括以下步骤：
31.s1、以生物质材料粉末为基材，以水性热固性环氧树脂为粘合剂，添加长度为0.1～5mm的碳纤维后经热压成型、烧结得到块状的短纤维/木陶瓷基体材料；
32.s2、以短纤维/木陶瓷基体材料为阳极，以石墨棒为阴极，以羟基化碳纳米管溶液为电解液，在5-30v电压条件下进行电沉积，将羟基化碳纳米管沉积在短纤维/木陶瓷基体的表面与孔隙中，干燥后得到cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极。
33.本发明可直接作为电极使用，不需要额外的金属集流体，在整个电极的制备过程中并没有采用催化剂，在酸性电解质中不会被腐蚀。通过cnt的沉积与组装，可改性短纤维/木陶瓷基体材料的孔隙结构，同时碳纳米管的比表面积较大，木材陶瓷基体组装碳纳米管后，比表面积可以提高200m2·
g-1
以上。
34.本发明的木材陶瓷具有导电性，一方面相对于其它不导电的陶瓷材料，木材陶瓷可以使用电沉积法沉积，另一方面，木材陶瓷作为电极材料使用。
35.本发明采用长度为0.1～5mm的碳纤维，因为如果纤维太短，起不到增强的作用，太长，不利于纤维在木材陶瓷中的均匀分布。
36.本发明电沉积时采用5-30v电压条件，因为如果电压太低，沉积速度太慢；太高，沉积速度太快，不利于碳纳米管的均匀分布。
37.所述碳纤维粉末与水性热固性环氧树脂的质量比为1:1～100。如果质量比太低，起不到增强作用；太高，不易分散，且成本将大幅度提升。
38.所述生物质粉末和含有短纤维的水性热固性环氧树脂的质量比为100:1～20，因为如果树脂含量太低，木材陶瓷基体难以成型；太高，成本增加，孔隙率与比表面积将大幅
度降低，影响性能。
39.所述羟基化碳纳米管溶液为质量浓度为0.1％～2％羟基化碳纳米管溶液，因为如果质量浓度太低，电沉积的时间很长；太高，易出现浪费。
40.实施例1
41.如图1所示，本实施例的cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极，包括羟基化碳纳米管和块状的短纤维/木陶瓷基体材料，所述短纤维/木陶瓷基体材料以生物质材料粉末为基材，以水性热固性环氧树脂为粘合剂，添加长度为0.1～5mm的碳纤维后经热压成型、烧结得到，所述羟基化碳纳米管均匀沉积在块状的短纤维/木陶瓷基体材料的表面与孔隙中。
42.图1(a)是cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极的光学照片；图1(b)分布在木材陶瓷基体中的碳纤维扫描电镜照片；图1(c)是负载在陶瓷基体材料表面上碳纳米管的扫描电镜照片；图1(d)是负载在陶瓷基体材料孔壁上碳纳米管的扫描电镜照片，从图1(b)中可见，分布在木材陶瓷基体中的碳纤维与基体材料接合紧密，可改善基体材料的脆性。图1(c)和(d)中显示，碳纳米管成功的沉积在木材陶瓷基体的表面与孔隙中。
43.一种本实施例的cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极的制备方法，包括以下步骤：
44.1)把木、竹等生物质废弃物洗净、烘干、粉碎，过20目筛，得到20目及以下的生物质粉末，干燥至恒重。
45.2)将长度为0.1mm的碳纤维(cf)粉末与水性热固性环氧树脂按照1:100的质量比混合，用超声波辅助机械搅拌使其分散均匀，得到掺有cf的水性热固性环氧树脂。
46.3)将步骤1)中得到的生物质粉末和掺有cf的水性热固性环氧树脂按照100:1的质量比充分混合，在60℃的干燥箱中干燥2h时间。然后放入模具中热压成型，经过脱模、干燥后得到块状生物质粉末-cf-水性热固性环氧树脂复合材料。生物质粉末虽然便宜，但是脆性较大，而碳纤维可以改善生物质粉末的脆性。
47.4)将步骤3)中所得到的复合材料置于烧结炉中，在惰性气体保护下、800℃温度烧结1h时间，冷却后得到短纤维/木陶瓷。
48.5)以0.5％的十六烷基苯磺酸钠水溶液作为分散液配制，将羟基化cnt的配制成质量浓度为0.1％的溶液作为电解液。
49.6)采用恒电压沉积法，以石墨棒为阴极、短纤维/木陶瓷为阳极，在0.5v电压下于步骤5)中电解液中进行电沉积5min。取出，用去离子水冲洗至中性，干燥后得到cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极。
50.该电极在扫描速率为5mv
·
s-1
时，质量比电容为187.8f
·
g-1
。当能量密度为25.5wh
·
kg-1
时，功率密度到达了130w kg-1
.
51.实施例2
52.一种本实施例的cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极的制备方法，包括以下步骤：
53.1)把木、竹等生物质废弃物洗净、烘干、粉碎，过20目筛，得到20目及以下的生物质粉末，干燥至恒重。
54.2)将长度为5mm的碳纤维(cf)粉末与水性热固性环氧树脂按照1:100的质量比混合，用超声波辅助机械搅拌使其分散均匀，得到掺有cf的水性热固性环氧树脂。
55.3)将步骤1)中得到的生物质粉末和掺有cf的水性热固性环氧树脂按照100:5的质量比充分混合，在60℃的干燥箱中干燥2h时间。然后放入模具中热压成型，经过脱模、干燥
后得到块状生物质粉末-cf-水性热固性环氧树脂复合材料。
56.4)将步骤3)中所得到的复合材料置于烧结炉中，在惰性气体保护下、1200℃温度烧结3h时间，冷却后得到短纤维/木陶瓷。
57.5)以1％的十六烷基苯磺酸钠水溶液作为分散液配制，将羟基化cnt的配制成质量浓度为2％的溶液作为电解液。
58.6)采用恒电压沉积法，以石墨棒为阴极、短纤维/木陶瓷为阳极，在24v电压下进行电沉积240min。取出，用去离子水冲洗至中性，干燥后得到cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极。
59.该电极在扫描速率为5mv
·
s-1
时，质量比电容为367.6f
·
g-1
。当能量密度为42.7wh
·
kg-1
时，功率密度到达了320w kg-1
.
60.实施例3
61.一种本实施例的cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极的制备方法，包括以下步骤：
62.1)把木、竹等生物质废弃物洗净、烘干、粉碎，过20目筛，得到20目及以下的生物质粉末，干燥至恒重。
63.2)将长度为1mm的碳纤维(cf)粉末与水性热固性环氧树脂按照1:20的质量比混合，用超声波辅助机械搅拌使其分散均匀，得到掺有cf的水性热固性环氧树脂。
64.3)将步骤1中得到的生物质粉末和掺有cf的水性热固性环氧树脂按照100:5的质量比充分混合，在60℃的干燥箱中干燥2h时间。然后放入模具中热压成型，经过脱模、干燥后得到块状生物质粉末-cf-水性热固性环氧树脂复合材料。
65.4)将步骤3中所得到的复合材料置于烧结炉中，在惰性气体保护下、900℃温度烧结2h时间，冷却后得到短纤维/木陶瓷。
66.5)以0.7％的十六烷基苯磺酸钠水溶液作为分散液配制，将羟基化cnt的配制成质量浓度为1％的溶液作为电解液。
67.6)采用恒电压沉积法，以石墨棒为阴极、短纤维/木陶瓷为阳极，在5v电压下进行电沉积60min。取出，用去离子水冲洗至中性，干燥后得到cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极。
68.该电极在扫描速率为5mv
·
s-1
时，质量比电容为331.5f
·
g-1
。当能量密度为53.3wh
·
kg-1
时，功率密度到达了300w kg-1
.
69.图2为实施例2和实施例3中电极的cv(cyclic voltammetry)曲线，从图2中可知，比电容与cv曲线所围成图像面积的大小成正相关，相对于实施例3，实施例2所围成图像的面积较大，说明其比电容较高。
70.实施例4
71.一种本实施例的cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极的制备方法，包括以下步骤：
72.1)把木、竹等生物质废弃物洗净、烘干、粉碎，过20目筛，得到20目及以下的生物质粉末，干燥至恒重。
73.2)将长度为2mm的碳纤维(cf)粉末与水性热固性环氧树脂按照1:40的质量比混合，用超声波辅助机械搅拌使其分散均匀，得到掺有cf的水性热固性环氧树脂。
74.3)将步骤1中得到的生物质粉末和掺有cf的水性热固性环氧树脂按照100:15的质量比充分混合，在60℃的干燥箱中干燥2h时间。然后放入模具中热压成型，经过脱模、干燥后得到块状生物质粉末-cf-水性热固性环氧树脂复合材料。
75.4)将步骤3中所得到的复合材料置于烧结炉中，在惰性气体保护下、1000℃温度烧
结2h时间，冷却后得到短纤维/木陶瓷。
76.5)以0.8％的十六烷基苯磺酸钠水溶液作为分散液配制，将羟基化cnt的配制成质量浓度为0.8％的溶液作为电解液。
77.6)采用恒电压沉积法，以石墨棒为阴极、短纤维/木陶瓷为阳极，在10v电压下进行电沉积90min。取出，用去离子水冲洗至中性，干燥后得到cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极。
78.该电极在扫描速率为5mv
·
s-1
时，质量比电容为216.4f
·
g-1
。当能量密度为43.5wh
·
kg-1
时，功率密度到达了240w kg-1
.
79.实施例5
80.一种本实施例的cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极的制备方法，包括以下步骤：
81.1)把木、竹等生物质废弃物洗净、烘干、粉碎，过20目筛，得到20目及以下的生物质粉末，干燥至恒重。
82.2)将长度为3mm的碳纤维(cf)粉末与水性热固性环氧树脂按照1:60的质量比混合，用超声波辅助机械搅拌使其分散均匀，得到掺有cf的水性热固性环氧树脂。
83.3)将步骤1中得到的生物质粉末和掺有cf的水性热固性环氧树脂按照100:16的质量比充分混合，在60℃的干燥箱中干燥2h时间。然后放入模具中热压成型，经过脱模、干燥后得到块状生物质粉末-cf-水性热固性环氧树脂复合材料。
84.4)将步骤3中所得到的复合材料置于烧结炉中，在惰性气体保护下、1100℃温度烧结1.5h时间，冷却后得到短纤维/木陶瓷。
85.5)以0.9％的十六烷基苯磺酸钠水溶液作为分散液配制，将羟基化cnt的配制成质量浓度为1.2％的溶液作为电解液。
86.6)采用恒电压沉积法，以石墨棒为阴极、短纤维/木陶瓷为阳极，在12v电压下进行电沉积150min。取出，用去离子水冲洗至中性，干燥后得到cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极。
87.该电极在扫描速率为5mv
·
s-1
时，质量比电容为237.2f
·
g-1
。当能量密度为48.7wh
·
kg-1
时，功率密度到达了270w kg-1
.
88.实施例6
89.一种本实施例的cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极的制备方法，包括以下步骤：
90.1)把木、竹等生物质废弃物洗净、烘干、粉碎，过20目筛，得到20目及以下的生物质粉末，干燥至恒重。
91.2)将长度为4mm的碳纤维(cf)粉末与水性热固性环氧树脂按照1:90的质量比混合，用超声波辅助机械搅拌使其分散均匀，得到掺有cf的水性热固性环氧树脂。
92.3)将步骤1中得到的生物质粉末和掺有cf的水性热固性环氧树脂按照100:16的质量比充分混合，在60℃的干燥箱中干燥2h时间。然后放入模具中热压成型，经过脱模、干燥后得到块状生物质粉末-cf-水性热固性环氧树脂复合材料。
93.4)将步骤3中所得到的复合材料置于烧结炉中，在惰性气体保护下、1050℃温度烧结2.5h时间，冷却后得到短纤维/木陶瓷。
94.5)以0.8％的十六烷基苯磺酸钠水溶液作为分散液配制，将羟基化cnt的配制成质量浓度为0.6％的溶液作为电解液。
95.6)采用恒电压沉积法，以石墨棒为阴极、短纤维/木陶瓷为阳极，在20v电压下进行电沉积180min。取出，用去离子水冲洗至中性，干燥后得到cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极。
96.该电极在扫描速率为5mv
·
s-1
时，质量比电容为325.7f
·
g-1
。当能量密度为47.8wh
·
kg-1
时，功率密度到达了290w kg-1
.
97.对比例1
98.本对比例的短纤维/木陶瓷电极，未用cnt修饰。
99.一种本对比例的短纤维/木陶瓷电极的制备方法，与实施例1大致相同，具体包括以下步骤：
100.1)把木、竹等生物质废弃物洗净、烘干、粉碎，过20目筛，得到20目及以下的生物质粉末，干燥至恒重。
101.2)将长度为0.1mm的碳纤维(cf)粉末与水性热固性环氧树脂按照1:100的质量比混合，用超声波辅助机械搅拌使其分散均匀，得到掺有cf的水性热固性环氧树脂。
102.3)将步骤1)中得到的生物质粉末和掺有cf的水性热固性环氧树脂按照100:1的质量比充分混合，在60℃的干燥箱中干燥2h时间。然后放入模具中热压成型，经过脱模、干燥后得到块状生物质粉末-cf-水性热固性环氧树脂复合材料。
103.4)将步骤3)中所得到的复合材料置于烧结炉中，在惰性气体保护下、800℃温度烧结1h时间，冷却后得到短纤维/木陶瓷。
104.5)用去离子水冲洗3次，60℃干燥后得到木材陶瓷电极。
105.该电极在扫描速率为5mv
·
s-1
时，质量比电容为78.6f
·
g-1
。当能量密度为13.3wh
·
kg-1
时，功率密度到达了80w kg-1
.
106.对比例2
107.本对比例的短纤维/木陶瓷电极，未用cnt修饰。
108.一种对比例的短纤维/木陶瓷电极的制备方法，与实施例2大致相同，具体包括以下步骤：
109.1)把木、竹等生物质废弃物洗净、烘干、粉碎，过20目筛，得到20目及以下的生物质粉末，干燥至恒重。
110.2)将长度为5mm的碳纤维(cf)粉末与水性热固性环氧树脂按照1:100的质量比混合，用超声波辅助机械搅拌使其分散均匀，得到掺有cf的水性热固性环氧树脂。
111.3)将步骤1)中得到的生物质粉末和掺有cf的水性热固性环氧树脂按照100:5质量比充分混合，在60℃的干燥箱中干燥2h时间。然后放入模具中热压成型，经过脱模、干燥后得到块状生物质粉末-cf-水性热固性环氧树脂复合材料。
112.4)将步骤3)中所得到的复合材料置于烧结炉中，在惰性气体保护下、1200℃温度烧结3h时间，冷却后得到短纤维/木陶瓷。
113.5)以10％的na2co3水溶液作为活化剂配制，将短纤维/木陶瓷与活化剂密封在带有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在160℃温度下活化8h。
114.6)冷却至室温后，将短纤维/木陶瓷取出，用去离子水冲洗至中性，干燥后得到活化短纤维/木陶瓷电极。
115.该电极在扫描速率为5mv
·
s-1
时，质量比电容为87.7f
·
g-1
。当能量密度为25.7wh
·
kg-1
时，功率密度到达了90w kg-1
.
116.虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对
本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

技术特征：

1.一种cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极，其特征在于：包括羟基化碳纳米管和块状的短纤维/木陶瓷基体材料，所述短纤维/木陶瓷基体材料以生物质材料粉末为基材，以水性热固性环氧树脂为粘合剂，添加长度为0.1～5mm的碳纤维后经热压成型、烧结得到，所述羟基化碳纳米管沉积在块状的短纤维/木陶瓷基体材料的表面与孔隙中。2.一种cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：s1、以生物质材料粉末为基材，以水性热固性环氧树脂为粘合剂，添加长度为0.1～5mm的碳纤维后经热压成型、烧结得到块状的短纤维/木陶瓷基体材料；s2、以短纤维/木陶瓷基体材料为阳极，以石墨棒为阴极，以羟基化碳纳米管溶液为电解液，在5-30v电压条件下进行电沉积，将羟基化碳纳米管沉积在短纤维/木陶瓷基体的表面与孔隙中，干燥后得到cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤s1具体包括以下步骤：s11、将长度为0.1～5mm的碳纤维粉末与水性热固性环氧树脂混合均匀，得到含有短纤维的水性热固性环氧树脂；s12、将生物质粉末和含有短纤维的水性热固性环氧树脂混合均匀，干燥后经热压成型、脱模、干燥，得到块状的生物质粉末/短纤维/水性热固性环氧树脂复合材料；s13、将生物质粉末/短纤维/水性热固性环氧树脂复合材料在惰性气体保护下烧结，冷却后得到块状的短纤维/木陶瓷基体材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤s11中，所述碳纤维粉末与水性热固性环氧树脂的质量比为1:1～100。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤s12中，所述生物质粉末和含有短纤维的水性热固性环氧树脂的质量比为100:1～20，所述生物质粉末为天然木材粉末或天然竹材粉末。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤s13中，所述烧结的温度为800～1200℃，所述烧结的时间为1～3h。7.根据权利要求2至6中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中，所述羟基化碳纳米管溶液为质量浓度为0.1％～2％羟基化碳纳米管溶液。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中，所述羟基化碳纳米管溶液以0.5～1％的十六烷基苯磺酸钠水溶液为分散液，以羟基化碳纳米管为溶质配置而成。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中，所述电沉积的时间为5～240min。10.一种根据权利要求1所述的cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极或根据权利要求2至9中任一项所述制备方法制备得到的cnt修饰的短纤维/木陶瓷电极在电容器负极材料中的应用。

技术总结

本发明公开了一种CNT修饰的短纤维/木陶瓷电极，包括羟基化碳纳米管和块状的短纤维/木陶瓷基体材料，所述羟基化碳纳米管沉积在块状的短纤维/木陶瓷基体材料的表面与孔隙中。本发明还公开了CNT修饰的短纤维/木陶瓷电极的制备方法，先以生物质材料粉末为基材，以水性热固性环氧树脂为粘合剂，添加短碳纤维后经热压成型、烧结得到块状的短纤维/木陶瓷基体材料，再以基体材料为阳极，以石墨棒为阴极，以羟基化碳纳米管溶液为电解液，进行电沉积得到CNT修饰的短纤维/木陶瓷电极。本发明解决了现有生物质块状炭基电极脆性大、能量与功率密度低的不足，具有绿环保、简单易行的优点。简单易行的优点。简单易行的优点。