一種新型金屬空氣電池電極石墨烯催化劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及空氣電池電極制備領(lǐng)域，具體涉及一種新型金屬空氣電池電極石墨稀催化劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)發(fā)展以及人類活動的日趨活躍，人類對能源的消耗日趨增大，而地下非可再生資源日趨短缺，能源供需矛盾日益激化，能源問題已成為影響人類生存和發(fā)展的關(guān)鍵問題之一?？諝怆姵鼐哂心芰棵芏雀?、體系輕、無毒無污染、價格低廉等優(yōu)點，具有巨大的應(yīng)用前景，但是由于催化劑活性、穩(wěn)定性以及成本問題使得空氣電池目前難以達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用的要求，采用合適的催化劑載體或改善載體結(jié)構(gòu)，有利于提高催化劑性能。
[0003]石墨烯是具有少于10層石墨分子層狀結(jié)構(gòu)的碳材料，比表面積較高，可以提供較多的金屬活性位，同時石墨烯表現(xiàn)出很強(qiáng)的量子效應(yīng)，具有良好的電子傳導(dǎo)能力。具有超高的導(dǎo)電性，是目前世界上電阻率最小的材料，同時石墨烯又具有良好的導(dǎo)熱性能。目前現(xiàn)有的空氣電池石墨稀催化劑制備方法存在效率低、成本尚、出品率低、性能不尚的冋題，所提如何制備高效率的石墨烯催化劑，改善空氣電池導(dǎo)電性差、催化效率低、電池大電流放電發(fā)熱的問題，是目前急需解決的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種效率高、成本低、出品率高的新型金屬空氣電池電極石墨烯催化劑的制備方法，所生產(chǎn)的石墨烯催化劑具有高導(dǎo)電性且電池出現(xiàn)大電流時散熱良好的特點，包括以下步驟:
[0005](I)氧化石墨烯制備:采用25ml?10ml的體積分?jǐn)?shù)98 %以上的濃硫酸，加入Ig?2g硝酸鉀，冰浴攪拌，加入2g石墨冰浴攪拌30min?60min，緩慢加入50wt %的高猛酸鉀水溶液20g?30g，冰浴攪拌30min?60min，轉(zhuǎn)入20 °C?30 °0水浴攪拌30min?60min，緩慢加入200ml去離子水，轉(zhuǎn)入90 °C?110°C水浴攪拌1min?30min，然后緩慢加入500ml去離子水和40ml的20%?30%的雙氧水?dāng)嚢鑜Omin。直到混合物的顏色變成亮黃色，將混合物離心洗滌至中性，干燥后即得氧化石墨烯粉末。
[0006](2)石墨烯/LaN13復(fù)合物催化劑制備:將LaNO3粉末和N13粉末按1:1的比例的混制成混合體，將5g該混合體加入200ml的50wt %蘋果酸的水溶液中，充分?jǐn)嚢?，使粉末溶解，然后將該溶液?0°C?70°C的溫度下真空保存60min，然后在60°C?70°C的溫度下真空烘干、粉碎，可以獲得固態(tài)的LaN13無定形蘋果酸先驅(qū)體粉末，將該先驅(qū)體粉末在650 °C?7000C的溫度下加熱90min?120min，就獲得LaN13粉末。
[0007]將氧化石墨烯粉末和LaN13粉末按一定比例混合均勻，制成混合粉末，其中石墨烯的重量百分比1%?90%，將1g混合粉末緩慢加入10ml的蒸餾水中，并用超聲波打散，制成均勾的懸浮液，用5?I Oml的20wt %氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH值至9?10，然后在50 °C?70 °C水浴攪拌30min，緩慢加入羧甲基纖維素鈉(Na-CMC)，緩慢攪拌，使溶液成為膠狀物，這些膠狀物就是制備成的石墨烯/LaN13復(fù)合物催化劑。
【具體實施方式】
[0008]以下對本發(fā)明的各個方面進(jìn)行詳述，如無具體說明，本發(fā)明的各種原料均可通過根據(jù)本領(lǐng)域的常規(guī)方法制備得到或市售得到。
[0009]實施例1
[0010](I)氧化石墨烯制備:采用25ml的體積分?jǐn)?shù)98%以上的濃硫酸，加入Ig硝酸鉀，冰浴攪拌，加入2g石墨冰浴攪拌30min，緩慢加入50wt%的高猛酸鉀水溶液20g，冰浴攪拌30min，轉(zhuǎn)入20 °C水浴攪拌30min，緩慢加入200ml去離子水，轉(zhuǎn)入90 °C水浴攪拌1min，然后緩慢加入500ml去離子水和40ml的20%的雙氧水?dāng)嚢鑜Omin。直到混合物的顏色變成亮黃色，將混合物離心洗滌至中性，干燥后即得氧化石墨烯粉末。
[0011](2)石墨烯/LaN13復(fù)合物催化劑制備:將LaNO3粉末和N13粉末按1:1的比例的混制成混合體，將5g該混合體加入200ml的50wt %蘋果酸的水溶液中，充分?jǐn)嚢?，使粉末溶解，然后將該溶液?0°C的溫度下真空保存60min，然后在60°C的溫度下真空烘干、粉碎，可以獲得固態(tài)的LaN13無定形蘋果酸先驅(qū)體粉末，將該先驅(qū)體粉末在650 °C的溫度下加熱90min，就獲得LaN13粉末。
[0012]將氧化石墨烯粉末和LaN13粉末按一定比例混合均勻，制成混合粉末，其中石墨烯的重量百分比I %，將1g混合粉末緩慢加入10ml的蒸餾水中，并用超聲波打散，制成均勻的懸浮液，用5的20wt %氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH值至9?1，然后在50 °C水浴攪拌30min，緩慢加入羧甲基纖維素鈉(Na-CMC)，緩慢攪拌，使溶液成為膠狀物，這些膠狀物就是制備成的石墨稀/LaNi03復(fù)合物催化劑。
[0013]實施例2
[0014](I)氧化石墨烯制備:采用50ml的體積分?jǐn)?shù)98 %以上的濃硫酸，加入1.5g硝酸鉀，冰浴攪拌，加入2g石墨冰浴攪拌45min，緩慢加入50wt %的高錳酸鉀水溶液25g，冰浴攪拌45min，轉(zhuǎn)入25 °C水浴攪拌45min，緩慢加入200ml去離子水，轉(zhuǎn)入100 °C水浴攪拌20min，然后緩慢加入500ml去離子水和40ml的25%的雙氧水?dāng)嚢鑜Omin。直到混合物的顏色變成亮黃色，將混合物離心洗滌至中性，干燥后即得氧化石墨烯粉末。
[0015](2)石墨烯/LaN13復(fù)合物催化劑制備:將LaNO3粉末和N13粉末按1:1的比例的混制成混合體，將5g該混合體加入200ml的50wt %蘋果酸的水溶液中，充分?jǐn)嚢?，使粉末溶解，然后將該溶液?5°C的溫度下真空保存60min，然后在65°C的溫度下真空烘干、粉碎，可以獲得固態(tài)的LaN13無定形蘋果酸先驅(qū)體粉末，將該先驅(qū)體粉末在650 °C的溫度下加熱I 1min，就獲得LaN13粉末。
[0016]將氧化石墨烯粉末和LaN13粉末按一定比例混合均勻，制成混合粉末，其中石墨烯的重量百分比50%，將1g混合粉末緩慢加入10ml的蒸餾水中，并用超聲波打散，制成均勾的懸浮液，用8ml的20wt %氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH值至9?10，然后在60 °C水浴攪拌30min，緩慢加入羧甲基纖維素鈉(Na-CMC)，緩慢攪拌，使溶液成為膠狀物，這些膠狀物就是制備成的石墨稀/LaNi03復(fù)合物催化劑。
[0017]實施例3
[0018](I)氧化石墨烯制備:采用10ml的體積分?jǐn)?shù)98%以上的濃硫酸，加入2g硝酸鉀，冰浴攪拌，加入2g石墨冰浴攪拌60min，緩慢加入50wt%的高猛酸鉀水溶液30g，冰浴攪拌60min，轉(zhuǎn)入30 °C水浴攪拌60min，緩慢加入200ml去離子水，轉(zhuǎn)入110 °C水浴攪拌30min，然后緩慢加入500ml去離子水和40ml的30%的雙氧水?dāng)嚢鑜Omin。直到混合物的顏色變成亮黃色，將混合物離心洗滌至中性，干燥后即得氧化石墨烯粉末。
[0019](2)石墨烯/LaN13復(fù)合物催化劑制備:將LaNO3粉末和N13粉末按1:1的比例的混制成混合體，將5g該混合體加入200ml的50wt %蘋果酸的水溶液中，充分?jǐn)嚢?，使粉末溶解，然后將該溶液?0°C的溫度下真空保存60min，然后在70°C的溫度下真空烘干、粉碎，可以獲得固態(tài)的LaN13無定形蘋果酸先驅(qū)體粉末，將該先驅(qū)體粉末在700 °C的溫度下加熱120min，就獲得LaN13粉末。
[0020]將氧化石墨烯粉末和LaN13粉末按一定比例混合均勻，制成混合粉末，其中石墨烯的重量百分比90%，將1g混合粉末緩慢加入10ml的蒸餾水中，并用超聲波打散，制成均勻的懸浮液，用1ml的20wt %氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH值至9?10，然后在70 °C水浴攪拌30min，緩慢加入羧甲基纖維素鈉(Na-CMC)，緩慢攪拌，使溶液成為膠狀物，這些膠狀物就是制備成的石墨稀/LaNi03復(fù)合物催化劑。
[0021]本發(fā)明不局限于所述實施方式，任何人應(yīng)得知在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0022]本發(fā)明未詳細(xì)描述的技術(shù)、形狀、構(gòu)造部分均為公知技術(shù)。
【主權(quán)項】
1.一種新型金屬空氣電池電極石墨稀催化劑的制備方法，其特征在于:按照以下步驟進(jìn)行制備，將氧化石墨烯粉末和LaN13粉末按比例混合均勻，制成混合粉末，將1g混合粉末緩慢加入10ml的蒸餾水中，并用超聲波打散，制成均勻的懸浮液，用5?1ml的氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH值，然后在50°C?70°C水浴攪拌30min，緩慢加入羧甲基纖維素鈉(Na-CMC)，緩慢攪拌，使溶液成為膠狀物，這些膠狀物就是制備成的石墨烯/LaN13復(fù)合物催化劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型金屬空氣電池電極石墨烯催化劑的制備方法，其特征在于:所述氧化石墨烯粉末按以下步驟制備，采用25ml?10ml濃硫酸，加入Ig?2g硝酸鉀，冰浴攪拌，加入2g石墨冰浴攪拌30min?60min，緩慢加入高猛酸鉀水溶液20g?30g，冰浴攪拌30min?60min，轉(zhuǎn)入20 °C?30 °C水浴攪拌30min?60min，緩慢加入200ml去離子水，轉(zhuǎn)入90 °C?110°C水浴攪拌1min?30min，然后緩慢加入500ml去離子水和40ml雙氧水?dāng)嚢?min。直到混合物的顏色變成亮黃色，將混合物離心洗滌至中性，干燥后即得氧化石墨烯粉末。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型金屬空氣電池電極石墨稀催化劑的制備方法，其特征在于:所述LaN13粉末按以下步驟制備，將LaNO3粉末和N13粉末按比例的混制成混合體，將5g該混合體加入200ml蘋果酸水溶液中，充分?jǐn)嚢瑁狗勰┤芙?，然后將該溶液?0°C?70°C的溫度下真空保存60min，然后在60°C?70°C的溫度下真空烘干、粉碎，可以獲得固態(tài)的LaN13無定形蘋果酸先驅(qū)體粉末，將該先驅(qū)體粉末在高溫處理下，就獲得LaN13粉末。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型金屬空氣電池電極石墨稀催化劑的制備方法，其特征在于:所述氧化石墨烯粉末和LaN13粉末的混合粉末中石墨烯的重量百分比I %?90 %，所述氫氧化鈉水溶液中氫氧化鈉占20wt%，所述懸浮液的PH值調(diào)整至9?10。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型金屬空氣電池電極石墨烯催化劑的制備方法，其特征在于:所述濃硫酸的體積分?jǐn)?shù)98%，所述高錳酸鉀水溶液中高錳酸鉀占50wt%，所述雙氧水濃度為20%?30 %。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種新型金屬空氣電池電極石墨稀催化劑的制備方法，其特征在于:所述LaNO3粉末和N13粉末的混合比例為1:1，蘋果酸的水溶液的濃度為50wt%，所述高溫處理為650°C?700°C的溫度下加熱90min?120min。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新型金屬空氣電池電極石墨烯催化劑的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：(1)氧化石墨烯制備：采用濃硫酸加入硝酸鉀，加入石墨冰浴攪拌，緩慢加入高錳酸鉀水溶液，將混合物離心洗滌至中性，干燥后即得氧化石墨烯粉末。(2)石墨烯/LaNiO3復(fù)合物催化劑制備：將LaNO3粉末和NiO3粉末混制成混合體，加入蘋果酸的水溶液中，將溶液真空烘干，先驅(qū)體粉末在高溫加熱，就獲得LaNiO3粉末，將氧化石墨烯粉末和LaNiO3粉末按一定比例混合均勻，制成混合粉末，緩慢加入的蒸餾水中，調(diào)節(jié)pH值，緩慢加入Na-CMC，形成膠狀物，這就是石墨烯/LaNiO3復(fù)合物催化劑。其有益效果為：效率高，成本低，出品率高，石墨烯催化劑具有高導(dǎo)電性，電池出現(xiàn)大電流時散熱良好的特點。
【IPC分類】H01M4/90
【公開號】CN105680057
【申請?zhí)枴緾N201610017717
【發(fā)明人】車春玲
【申請人】山東聯(lián)星能源集團(tuán)有限公司
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月12日