一種用于鋰空氣電池的Mn-Ni/石墨烯催化劑及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬電化學(xué)催化領(lǐng)域，尤其涉及一種用于鋰空氣電池的Mn-Ni/石墨烯催化劑及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰空氣電池具有容量大、比能量高、工作電壓平穩(wěn)、價(jià)格低廉和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，是一種具有巨大市場(chǎng)前景的化學(xué)電源。隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，鋰空氣電池在便攜式計(jì)算機(jī)、電子裝置、遙控設(shè)備及軍用通訊裝置等領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛應(yīng)用。而目前開(kāi)發(fā)適用于電動(dòng)車輛動(dòng)力電源的大功率電池是研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
[0003]空氣電極是一種氣體擴(kuò)散電極，其一面與電解質(zhì)接觸，一面與空氣中的氧氣接觸，在催化劑表面形成一種三相穩(wěn)定的狀態(tài)。在電池放電過(guò)程中，空氣電極作為陰極，氧氣沿電極表面擴(kuò)散進(jìn)入電極內(nèi)部，在催化劑的作用下發(fā)生還原反應(yīng)。
[0004]空氣電極是鋰空氣電池中主要組成部件，其性能的好壞決定了電池輸出功率的大小?？諝怆姌O催化劑的催化活性在電池的使用中起著關(guān)鍵的作用，提高空氣電極催化劑的催化活性，意味著在一定的工作電流密度下，以空氣電極為正極的鋰空氣電池有更高的輸出電位。因此，需要開(kāi)發(fā)高性能的用于空氣電極的催化劑，加快鋰空氣電池的推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是一種用于鋰空氣電池的Mn-Ni/石墨烯催化劑及制備方法，該催化劑氧還原活性高，制備方便，價(jià)廉易得。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)方案:
[0007]—種用于鋰空氣電池的Mn-Ni/石墨烯催化劑，它的載體是石墨烯，活性組分是摻雜了氧化鎳的Mn基氧化物。
[0008]—種用于鋰空氣電池的Mn-Ni/石墨稀催化劑，以石墨稀為載體，加入猛鹽，再加入鎳鹽，在堿溶液環(huán)境下反應(yīng)后，再經(jīng)去離子水洗滌、去除雜質(zhì)離子最終干燥而成;其中，主材料成份的重量百分比為:猛鹽5?40%，鎳鹽O?30%，余量為石墨稀。
[0009]所述錳鹽為MnSO4, Mn(NO3)2 或者 KMnO4;所述鎳鹽為 NiSO4, Ni(NO3)2 或者 NiCl2。
[0010]所述石墨烯的制備是:在(TC冰浴下，按每0.015?0.12g石墨粉分散到20?25ml濃硫酸中，攪拌下加入KMnO4，所加KMnO4的質(zhì)量是石墨粉的3?4倍，攪拌30-60分鐘，溫度上升到30?35°C左右，加入46ml去離子水，攪拌20?30分鐘，加入1ml質(zhì)量濃度30%的H2O2，攪拌5?10分鐘，經(jīng)過(guò)離心分離，用質(zhì)量濃度5%HC1溶液、去離子水和丙酮反復(fù)洗滌后得到氧化石墨烯。
[0011]—種用于鋰空氣電池的Mn-Ni/石墨烯催化劑，制備方法如下:首先將石墨烯浸沒(méi)在氨水中，超聲攪拌均勻后，按比例加入錳鹽，再按比例加入鎳鹽，然后加入堿溶液調(diào)節(jié)PH值在8?14，繼續(xù)超聲攪拌2?10小時(shí);反應(yīng)完成后，用去離子水冼滌，去除雜質(zhì)離子，然后放入鼓風(fēng)干燥箱，60?150°C烘干，所述的堿溶液為NaOH或者KOH溶液。
[0012]所述石墨烯和氨水的比值為1:5?1:500。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0014]1、本發(fā)明制備空氣電極用催化劑所使用的材料，為價(jià)格低廉的金屬鹽類和氨水等，大大降低了生產(chǎn)成本；
[0015]2、由于石墨烯納米片具有極高的比表面積、超強(qiáng)的力學(xué)性能、優(yōu)異的導(dǎo)電和導(dǎo)熱等特點(diǎn)，有利于電化學(xué)電極反應(yīng)和催化反應(yīng)過(guò)程中的電子傳遞和電極的穩(wěn)定性，增強(qiáng)復(fù)合材料的電化學(xué)性能。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1
[0017]將30g石墨烯浸沒(méi)在氨水中，石墨烯與氨水的比值為1:5，超聲攪拌均勻后，加入12.1gMnSO4，加入7.9gNiCl2，然后加入濃度為0.05M NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值為8，繼續(xù)超聲攪拌
4.5小時(shí)；反應(yīng)完成后，用去離子水洗滌，去除雜質(zhì)離子，然后放入鼓風(fēng)干燥箱，100 °C烘干。其中，主材料成分的重量百分比為:猛鹽24.2%，鎳鹽15.8%，余量為石墨稀。
[0018]實(shí)施例2
[0019]將25g石墨烯浸沒(méi)在氨水中，石墨烯與氨水的比值為1:200，超聲攪拌均勻后，加入13.2g Mn(NO3)2,加入4g NiCl2,然后加入濃度為0.05M NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值為11，繼續(xù)超聲攪拌5小時(shí);反應(yīng)完成后，用去離子水洗滌，去除雜質(zhì)離子，然后放入鼓風(fēng)干燥箱，90°C烘干。其中，主材料成分的重量百分比為:猛鹽31.3%，鎳鹽9.5%，余量為石墨稀。
[0020]實(shí)施例3
[0021]將18g石墨烯浸沒(méi)在氨水中，石墨烯與氨水的比值為1:100，超聲攪拌均勻后，加入9.6g ΚΜηθ4，加入6.3g Ni(NO3)2，然后加入濃度為0.05M NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值為9，繼續(xù)超聲攪拌4.5小時(shí);反應(yīng)完成后，用去離子水洗滌，去除雜質(zhì)離子，然后放入鼓風(fēng)干燥箱，100°C烘干。其中，主材料成分的重量百分比為:猛鹽28.3%，鎳鹽18.6%，余量為石墨稀。
[0022]實(shí)施例4
[0023]將30g石墨烯浸沒(méi)在氨水中，石墨烯與氨水的比值為1:50，超聲攪拌均勻后，加入4.3g MnSO4，加入2.1g NiCl2，然后加入濃度為0.05M NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值為8，繼續(xù)超聲攪拌
5小時(shí)；反應(yīng)完成后，用去離子水洗滌，去除雜質(zhì)離子，然后放入鼓風(fēng)干燥箱，80°C烘干。其中，主材料成分的重量百分比為:猛鹽11.8%，鎳鹽5.8%，余量為石墨稀。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于鋰空氣電池的Mn-Ni/石墨烯催化劑，其特征在于，載體是石墨烯，活性組分是摻雜了氧化鎳的Mn基氧化物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于鋰空氣電池的Mn-Ni/石墨烯催化劑，其特征在于，以石墨烯為載體，加入錳鹽，再加入鎳鹽，在堿溶液環(huán)境下反應(yīng)后，再經(jīng)去離子水洗滌、去除雜質(zhì)尚子最終干燥而成;其中，主材料成份的重量百分比為:猛鹽5?40%，鎳鹽O?30%，余量為石墨烯。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于鋰空氣電池的Mn-Ni/石墨烯催化劑，其特征在于，所述錳鹽為MnSO^Mn(NO3)2或者ΚΜηθ4;所述鎳鹽為NiSO^Ni(NO3)2或者NiCl2。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于鋰空氣電池的Mn-Ni/石墨烯催化劑，其特征在于，所述石墨烯的制備是:在0°C冰浴下，按每0.015?0.12g石墨粉分散到20?25ml濃硫酸中，攪拌下加入ΚΜηθ4，所加KMnO4的質(zhì)量是石墨粉的3?4倍，攪拌30-60分鐘，溫度上升到30?35°C左右，加入46ml去離子水，攪拌20?30分鐘，加入1ml質(zhì)量濃度30%的H2O2,攪拌5?10分鐘，經(jīng)過(guò)離心分離，用質(zhì)量濃度5%HC1溶液、去離子水和丙酮反復(fù)洗滌后得到氧化石墨稀。5.—種制備權(quán)利要求1或2所述的催化劑的方法，其特征在于，方法如下:首先將石墨烯浸沒(méi)在氨水中，超聲攪拌均勻后，按比例加入錳鹽，再按比例加入鈷鹽，然后加入堿溶液調(diào)節(jié)pH值在8?14，繼續(xù)超聲攪拌2?1小時(shí);反應(yīng)完成后，用去離子水洗滌，去除雜質(zhì)離子，然后放入鼓風(fēng)干燥箱，60?150°C烘干，所述的堿溶液為NaOH或者KOH溶液。6.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的一種用于鋰空氣電池的Mn-Ni/石墨烯催化劑，其特征在于，所述石墨烯和氨水的比值為1:5?1:500。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于鋰空氣電池的Mn-Ni/石墨烯催化劑及制備方法。催化劑的載體為石墨烯，活性組分為摻雜了氧化鎳的Mn基氧化物。催化劑制備方法是：將石墨烯浸漬在氨水中，超聲攪拌均勻后加入錳鹽和鎳鹽，然后加入堿溶液調(diào)節(jié)pH值，繼續(xù)超聲攪拌；反應(yīng)完成后，洗滌、干燥。本發(fā)明的催化劑用于鋰空氣電池陰極表現(xiàn)出很好的催化活性。
【IPC分類】H01M4/90, H01M4/96, B82Y30/00, H01M12/06
【公開(kāi)號(hào)】CN105576261
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510974612
【發(fā)明人】銀鳳翔, 何小波, 李國(guó)儒
【申請(qǐng)人】北京化工大學(xué)常州先進(jìn)材料研究院
【公開(kāi)日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年12月22日