專利名稱：含有氧化鍶的空氣電極催化劑及其工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化學(xué)領(lǐng)域一種鋅空氣電池使用的含有氧化鍶的空氣電極催化劑及其工藝。
背景技術(shù)：
鋅空氣電池是一種以空氣為正極活性物質(zhì)，以金屬鋅為負極活性物質(zhì)的電池。它具有容量大、比能量高、成本低、放電性能穩(wěn)定、無污染等優(yōu)點，是一種具有巨大市場前景的化學(xué)電源，據(jù)有關(guān)專家預(yù)測，它比一般意義上的燃料電池更容易降低成本，實現(xiàn)商業(yè)化。但是鋅空氣電池的空氣電極放電電流密度和工作電壓偏低，電極極化較大，涉及的電勢范圍較寬，這些都限制了它被廣泛應(yīng)用。因而選擇空氣電極的催化劑來改善空氣電極的極化特性、提高電池的工作電壓及開路電壓是非常重要的問題。長期以來，對空氣電極催化劑的研究主要是圍繞著貴金屬及其合金、金屬螯合物、金屬氧化物等進行的。其中以貴金屬及其合金為催化劑時，催化效果比較好，但是這使得電池成本很高，電池很難商品化；金屬螯合物、尖晶石型、鈣鈦礦型催化劑雖然催化效果比較好，但制備工藝復(fù)雜，附加成本高?？蓞⒁妼Ρ任墨I2001年9月12日，申請?zhí)枮?1107488.4，周震濤等人的發(fā)明專利“鋅空氣電池空氣電極的催化劑”。
MnO2具有一定的氧還原和過氧化氫分解活性，并且價格低廉、制備簡單，但是其放電電流密度及工作電壓仍然較低，有待于進一步改善。而稀土氧化物具有Lewis酸性質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)活潑，具有催滲作用，適合于作堿性介質(zhì)中的催化劑。因而可考慮制備混合催化劑來提高催化性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在碳粉中加入硝酸錳溶液，分散均勻后添加稀土鑭和堿土鍶的硝酸鹽，然后采用固相煅燒的方法制備一種空氣電極催化劑，來改善催化活性，達到提高鋅空氣電池工作電壓及放電電流密度的目的。
本發(fā)明的催化劑是由碳載MnO2、La2O3、SrO組成的，其配比為MnO2占碳粉質(zhì)量的10～15％，三種金屬元素的摩爾比為Mn∶La∶Sr＝1∶0.3～0.5∶0.5～0.7。
本發(fā)明的制備工藝如下稱取質(zhì)量比為9∶1的活性碳和乙炔黑，用乙醇分散后加入一定質(zhì)量的硝酸錳溶液，然后按一定摩爾比加入硝酸鑭和硝酸鍶溶液，攪拌均勻，加熱蒸去乙醇，烘干、研磨后放入坩堝中在260～280℃煅燒1小時，待其降至室溫，研磨成粉末，即制得空氣電極催化劑。
用本發(fā)明的催化劑制備空氣電極的步驟如下將本發(fā)明催化劑粉末用乙醇分散，加入12～15％的聚四氟乙烯乳液，加熱攪拌呈團狀，在雙輥壓膜機上將團狀物碾壓成厚度為0.20mm左右的膜，即制得催化層?？諝怆姌O采用催化層、導(dǎo)電骨架(鎳網(wǎng))、防水透氣層的結(jié)構(gòu)，在油壓機上冷壓而成，電極厚度為0.4～0.5mm。
用本發(fā)明的催化劑制成的空氣電極進行性能測試，具體如下穩(wěn)態(tài)極化測試采用三電極恒電流穩(wěn)態(tài)極化法，參比電極為Hg/HgO(7mol/LKOH)，輔助電極為鎳片，電解液為7mol/L KOH。極化曲線見附圖1。附圖1中曲線1代表以碳載MnO2為催化劑制得的空氣電極的極化曲線；曲線2代表用本發(fā)明的催化劑制成的空氣電極的極化曲線。從圖中可以看出曲線2的電極性能明顯好于曲線1的電極，在極化電流密度為2mA·cm-2～150mA·cm-2時，曲線2的電極極化電位比曲線1的正移了32mV～226mV，這充分說明此空氣電極無論是在小電流密度下工作還是在大電流密度下工作，都具有良好的電催化活性。
在極化電流密度為150mA·cm-2時，用本發(fā)明催化劑制備的空氣電極極化了約530mV，優(yōu)于對比文獻中電極電位極化1.0V(1000mV)電流密度約為150mA·cm-2的性能。
用由本發(fā)明的催化劑制備的空氣電極組裝成AA型外氧式圓柱形鋅空氣電池，電池采用10Ω恒阻連續(xù)放電方式(該放電電阻按GB/T-LR4執(zhí)行，國家標準規(guī)定AA型堿性鋅錳電池以10Ω電阻放電，每天放電一小時，放電十二天合格)。放電測試結(jié)果表明，用本發(fā)明的催化劑制成的電池其平均工作電壓、放電容量分別為1.221V、4762mAh，放電時間長達39小時，而且放電電壓平穩(wěn)。
綜上所述，本發(fā)明催化劑具有制備工藝簡單、電化學(xué)性能優(yōu)良的優(yōu)點，完全可用在鋅空氣電池中。


圖1是使用本發(fā)明催化劑制成的空氣電極和以碳載MnO2為催化劑制得的空氣電極兩者極化曲線的對比圖。
具體實施例方式
稱取質(zhì)量比為9∶1的活性碳和乙炔黑，用乙醇分散后加入一定質(zhì)量的硝酸錳溶液，其比例為所生成的MnO2占碳粉質(zhì)量的10～15％，然后按一定摩爾比加入硝酸鑭和硝酸鍶溶液，三種金屬元素的摩爾比為Mn∶La∶Sr＝1∶0.4∶0.6，攪拌均勻，加熱蒸去乙醇，烘干、研磨后放入坩堝中在270℃煅燒1小時，待其降至室溫，研磨成粉末，即制得空氣電極催化劑。將本發(fā)明的催化劑粉末用乙醇分散，加入15％的聚四氟乙烯乳液，加熱攪拌呈團狀，在雙輥壓膜機上將團狀物碾壓成厚度為0.20mm左右的膜，即制得催化層?？諝怆姌O采用由內(nèi)到外依次為催化層、導(dǎo)電骨架(鎳網(wǎng))、防水透氣層的結(jié)構(gòu)，在油壓機上冷壓而成，電極厚度為0.4～0.5mm。此電極極化測試結(jié)果如附圖1中的曲線2所示，與以碳載MnO2為催化劑的空氣電極的極化曲線1相比，極化電流密度從2mA·cm-2到150mA·cm-2，電極極化電位正移了32mV～226mV。在極化電流密度為150mA·cm-2時，用本發(fā)明催化劑制備的空氣電極極化了約530mV，優(yōu)于對比文獻中電極電位極化1.0V(1000mV)電流密度約為150mA·cm-2的性能。
本發(fā)明具有制備工藝簡單、電化學(xué)性能優(yōu)良的特點，完全可用在鋅空氣電池中。
權(quán)利要求
1.一種含有氧化鍶的空氣電極催化劑及其工藝，其特征在于該催化劑包括碳載的MnO2、La2O3、SrO；其配比為MnO2占碳粉質(zhì)量的10～15％，三種金屬元素的摩爾比為Mn∶La∶Sr＝1∶0.3～0.5∶0.5～0.7。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有氧化鍶的空氣電極催化劑及其工藝，其特征在于其工藝為稱取質(zhì)量比為9∶1的活性碳和乙炔黑，用乙醇分散后加入一定質(zhì)量的硝酸錳溶液，然后按如權(quán)利要求1所述的摩爾比加入硝酸鑭和硝酸鍶溶液，攪拌均勻，加熱蒸去乙醇，烘干、研磨后放入坩堝中在260～280℃煅燒1小時，待其降至室溫后研磨制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含有氧化鍶的空氣電極催化劑及其工藝，該催化劑是由碳載MnO
文檔編號B01J32/00GK1758469SQ20051001030
公開日2006年4月12日 申請日期2005年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月5日
發(fā)明者張寶宏, 邵劍娟, 黃柏輝 申請人:哈爾濱工程大學(xué)