用于电化学气体分离的复合材料的制作方法

背景技术：

1、从气体混合物中去除目标物种已经成为许多研究和开发的主题。例如，一直在努力通过抑制二氧化碳排放来缓解全球变暖。为此，已经探索了许多方法，包括传统的热方法，以在二氧化碳产生的不同阶段捕获二氧化碳。目标气体去除的其他潜在应用包括直接从空气或通风空气中去除目标气体。

2、电摆动吸附是从气体混合物中捕获目标气体的替代方法。通常，电摆动吸附电池中的电极包括导电支架，例如碳纤维纸，其具有多种功能，包括为电子提供导电路径、为活性材料提供与电解质接触的表面积以及提供机械支撑以保持多孔结构。

3、仍然持续需要用于从气体混合物中捕获目标物质的改进的材料和方法。提供一种使用具有较薄电极的电摆动吸附电池来捕获目标气体的方法将是特别有利的。

技术实现思路

1、一种复合材料，其包括非织造碳纳米管垫，所述碳纳米管垫包括多个缠结的碳纳米管；和设置在所述非织造碳纳米管垫上的电活性物种，其中所述电活性物种能够在所述电活性物种处于还原态时与目标气体结合，并且在所述电活性物种处于氧化态时释放目标气体。

2、一种电极组件，包括多孔隔膜；和复合材料。

3、一种电化学电池，包含该复合材料。

4、一种气体分离系统，包括与气体入口和气体出口流体连通的多个电化学电池。

5、一种制造该复合材料的方法，包括使非织造碳纳米管垫与电活性物种接触。

6、一种制造该复合材料的方法，包括使包含多种电活性单体、至少一种引发剂和任选的交联剂的溶液与非织造碳纳米管垫接触；以及在非织造碳纳米管垫的存在下引发聚合。

7、以下的附图和详细描述举例说明了上述和其他特征。

技术特征：

1.一种复合材料，其包括：

2.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述碳纳米管的平均直径为50纳米或更小，优选1至20纳米。

3.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述碳纳米管的平均长度为1微米至2毫米。

4.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述复合材料的孔隙率为至少20％，优选30至60％。

5.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其组合。

6.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述复合材料的厚度为小于100微米、或2至小于100微米、或5至40微米。

7.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述非织造碳纳米管垫进一步包含碳纤维、石墨烯、还原氧化石墨烯、炭黑、科琴炭黑或结构化炭黑。

8.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述复合材料进一步包含聚合物粘合剂。

9.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述电活性物种在所述非织造碳纳米管垫的表面上。

10.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述电活性物种在所述非织造碳纳米管垫的碳纳米管的表面上。

11.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述电活性物种包括电活性聚合物、电活性低聚物、电活性有机化合物、电活性无机络合物、电活性有机金属络合物或其组合。

12.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述电活性物种包括电活性聚合物、电活性低聚物、电活性有机化合物或其组合。

13.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述电活性物种包括

14.根据权利要求1所述的复合材料，其中基于所述复合材料的总重量，所述电活性物种的含量为10至90重量％。

15.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述碳纳米管垫的碳纳米管的表面上的电活性物种的厚度为0.1至20纳米。

16.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述电活性物种与目标气体的结合常数为至少101m-1，优选101至1020m-1，更优选103至1020。

17.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述电活性物种包括电活性聚合物或电活性低聚物，且所述电活性聚合物或电活性低聚物是交联的。

18.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述电活性物种共价连接到所述非织造碳纳米管垫上。

19.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述目标气体包括路易斯酸气体。

20.一种电极组件，其包括：

21.一种电化学电池，其包含根据权利要求1所述的复合材料。

22.根据权利要求21所述的电化学电池，其包括：

23.根据权利要求21所述的电化学电池，其中所述复合材料进一步包含电解质。

24.一种气体分离系统，其包括：

25.一种制造根据权利要求1所述的复合材料的方法，所述方法包括使非织造碳纳米管垫与电活性物种接触。

26.根据权利要求25所述的方法，其中使非织造碳纳米管垫与电活性物种接触包括使包含电活性物种的溶液与非织造碳纳米管垫接触，或者使包含电活性物种的气相与非织造碳纳米管垫接触。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述电活性物种包括电活性聚合物、电活性低聚物或其组合，并且所述方法还包括使电活性聚合物或电活性低聚物交联。

28.一种制造根据权利要求1所述的复合材料的方法，所述方法包括

技术总结一种复合材料，其包括非织造碳纳米管垫和设置在所述非织造碳纳米管垫上的电活性物种，其中所述电活性物种能够在所述电活性物种处于还原态时与目标气体结合，并且在所述电活性物种处于氧化态时释放目标气体。本文还描述了包括该复合材料的电极组件、电化学电池和气体分离系统。技术研发人员：凯伦·托马斯阿尔亚,萨哈格·沃斯奇恩,卡梅伦·罗杰斯,亚历山大·雷斯受保护的技术使用者：沃道克斯公司技术研发日：技术公布日：2024/1/16