一種鋅空氣電池的空氣電極催化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于催化材料領(lǐng)域，涉及一種電極催化劑，具體涉及一種鋅空氣電池的空氣電極催化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在鋅空氣電池中，提高空氣電極的催化性能、尋找廉價高效的催化劑是鋅空電池研究的熱點。目前用作空氣電極的催化劑主要有傳統(tǒng)的活性炭、電解MnO2等，貴金屬及其合金，如Pt、Ag及Pt合金等，以及一些金屬氧化物，如焦綠石型氧化物、鈣鈦礦型氧化物和尖晶石型氧化物等。其中傳統(tǒng)采用的活性炭、電解MnO2等催化劑的催化活性較低，使氧氣在電化學(xué)界面上的反應(yīng)速度較慢，從而限制了鋅空氣電池的放電電流密度，使其只能應(yīng)用于小功率設(shè)備；貴金屬及其合金，如Pt、Ag及Pt合金等催化劑較活性炭、電解Μηθ2等催化劑的催化活性有所提高，但是貴金屬價格昂貴，且以其作為催化劑電池的放電電流密度仍然滿足不了家用電子設(shè)備的使用要求，因而也得不到大規(guī)模的應(yīng)用;焦綠石型氧化物、鈣鈦礦型氧化物和尖晶石型氧化物等催化劑具有催化活性高、導(dǎo)電性高等優(yōu)點，是非常有前景的新型空氣電極催化劑體系，其中的過渡金屬尖晶石型氧化物尤其因其優(yōu)良的導(dǎo)電性和電催化活性而備受關(guān)注。
[0003]中國專利01104488.4公開了一種鋅空氣電池空氣電極的催化劑，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為LiMn2-XCoxO4，其中χ = 0?0.5，用該材料作催化劑的鋅空氣電池的放電電流密度較以電解MnO2為催化劑的鋅空氣電池的放電電流密度有了大幅提高，其最佳放電電流密度可達(dá)150mA/cm2以上，但仍偏小。因此需要尋求制備一種氣電極催化劑，以期大幅提高鋅空氣電池的放電電流密度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種鋅空氣電池的空氣電極催化劑。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種鋅空氣電池的空氣電極催化劑，它的化學(xué)通式為:
[0006]Al2xFe2-2xNi4yTi2-2y〇7，
[0007]式中，0.1<x<0.5，0.5<y < I。
[0008]優(yōu)化地，它的化學(xué)通式為:
[0009]Al2xFe2-2xNi4yTi2-2y〇7，
[0010]式中，0.1Sx仝 0.2，0.5 仝y 仝0.8。
[0011]優(yōu)化地，它的化學(xué)通式為:
[0012]Al2xFe2-2xNi4yTi2-2y〇7，
[0013]式中，x= 0.2，y = 0.6。
[0014]本發(fā)明的又一目的在于提供一種上述鋅空氣電池的空氣電極催化劑的制備方法，包括以下步驟:
[0015](a)分別稱取硝酸鋁、氯化鐵、硝酸鎳溶于去離子水中形成混合液，再稱取草酸銨溶于去離子水中形成草酸銨溶液，所述硝酸鋁、氯化鐵、硝酸鎳的摩爾比為X:l-X:2y;
[0016](b)在pH=5.0?7.5、攪拌條件下，向所述混合液中同時滴加所述草酸銨溶液和四氯化鈦形成沉淀，所述硝酸鎳與所述四氯化鈦的摩爾比為2y:l-y;
[0017](c)將所述沉淀過濾、洗滌、烘干后，置于惰性氣體條件下于200?300 °C煅燒I?3小時，取出研磨后壓成片狀，在800?1000°C煅燒2?5h后冷卻至室溫即可。
[0018]優(yōu)化地，步驟(b)中，所述草酸銨溶液的濃度為0.5?2mol/L，其滴加速度為50?100滴/分鐘。
[0019]優(yōu)化地，步驟(c)中，研磨成片狀后先以10?20°C/分鐘的速度升溫至300?500°C煅燒I?5小時，再繼續(xù)升溫至800?1000 °C。
[0020]優(yōu)化地，步驟(c)中，所述冷卻速度為10?20°C/分鐘。
[0021]由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點:本發(fā)明鋅空氣電池的空氣電極催化劑，通過采用特定化學(xué)結(jié)構(gòu)通式的催化劑，其中包含有氧化鐵和二氧化鈦，這樣能夠?qū)⒀鯕廪D(zhuǎn)化成氧負(fù)離子或氧氣負(fù)離子，從而減少氧還原過程的極化，且價格低廉、化學(xué)穩(wěn)定性好。
【具體實施方式】
[0022]下面將對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0023]實施例1
[0024]本實施例提供一種鋅空氣電池的空氣電極催化劑，它的化學(xué)通式為:Al0.2Fe1.8Ni2Ti07，它的制備方法包括以下步驟:
[0025](a)按摩爾比0.1:0.9:1分別稱取硝酸鋁、氯化鐵、硝酸鎳溶于去離子水中形成混合液，再稱取草酸銨溶于去離子水中配制成0.5mol/L的草酸銨溶液；
[0026](b)在pH= 5.0、攪拌條件下，向混合液中同時滴加草酸銨溶液(100滴/分鐘)和四氯化鈦(100滴/分鐘)形成沉淀，草酸銨溶液稍過量以確保鋁離子、鐵離子和鎳離子全部沉淀，硝酸鎳與四氯化鈦的摩爾比為1:0.5;
[0027](c)將沉淀過濾、洗滌、烘干后，置于惰性氣體條件下于200°C煅燒3小時，取出研磨后壓成片狀，先以10°C/分鐘的速度升溫至300°C煅燒5小時，再繼續(xù)升溫至800°C煅燒5h后冷卻(10°C/分鐘)至室溫即可。
[0028]實施例2
[0029]本實施例提供一種鋅空氣電池的空氣電極催化劑，它的化學(xué)通式為:AlFeNi3.6T1.2Ο7，它的制備方法包括以下步驟:
[0030](a)按摩爾比0.5:0.5:1.8分別稱取硝酸鋁、氯化鐵、硝酸鎳溶于去離子水中形成混合液，再稱取草酸銨溶于去離子水中配制成2mol/L的草酸銨溶液；
[0031](b)在pH = 7.5、攪拌條件下，向混合液中同時滴加草酸銨溶液(50滴/分鐘)和四氯化鈦(50滴/分鐘)形成沉淀，草酸銨溶液稍過量以確保鋁離子、鐵離子和鎳離子全部沉淀，硝酸鎳與四氯化鈦的摩爾比為1.8:0.1;
[0032](c)將沉淀過濾、洗滌、烘干后，置于惰性氣體條件下于300°C煅燒I小時，取出研磨后壓成片狀，先以20°C/分鐘的速度升溫至500°C煅燒I小時，再繼續(xù)升溫至1000°C煅燒2h后冷卻(20°C/分鐘)至室溫即可。
[0033]實施例3
[0034]本實施例提供一種鋅空氣電池的空氣電極催化劑，它的化學(xué)通式為:Al0.4Fe1.6Ni2.4T1.8O7，它的制備方法包括以下步驟:
[0035](a)按摩爾比0.2:0.8:1.2分別稱取硝酸鋁、氯化鐵、硝酸鎳溶于去離子水中形成混合液，再稱取草酸銨溶于去離子水中配制成lmol/L的草酸銨溶液；
[0036](b)在pH=7、攪拌條件下，向混合液中同時滴加草酸銨溶液(80滴/分鐘)和四氯化鈦(50滴/分鐘)形成沉淀，草酸銨溶液稍過量以確保鋁離子、鐵離子和鎳離子全部沉淀，硝酸鎳與四氯化鈦的摩爾比為1.2:0.4;
[0037](c)將沉淀過濾、洗滌、烘干后，置于惰性氣體條件下于250°C煅燒2.5小時，取出研磨后壓成片狀，先以15°C/分鐘的速度升溫至400°C煅燒2小時，再繼續(xù)升溫至900°C煅燒3h后冷卻(15°C/分鐘)至室溫即可。
[0038]實施例4
[0039]本實施例提供一種鋅空氣電池的空氣電極催化劑，它的化學(xué)通式為:Al0.2Fe1.8Ni2T17，它的制備方法和工藝參數(shù)與實施例3中的一致。
[0040]實施例5
[0041 ]本實施例提供一種鋅空氣電池的空氣電極催化劑，它的化學(xué)通式為:AlFeNi3.6T1.207，它的制備方法和工藝參數(shù)與實施例3中的一致。
[0042]實驗例I
[0043]將實施例1至實施例5中的空氣電極催化劑分別與石墨和活性炭(石墨和活性炭的質(zhì)量比為8:1)進(jìn)行混合(催化劑與石墨和活性炭混合物的質(zhì)量比為1:4)，過200目篩，加入聚四氟乙烯溶液，攪拌成糊狀，均勻的涂在集流網(wǎng)上，于110°C干燥12h，以15Mpa壓制3分鐘；用Hg/HgO電極(6mol/L Κ0Η)作參比電極，鎳電極作輔助電極，形成三電極體系，測試它們的放電電流密度(測試溫度為25°C)。實施例1至實施例5中的空氣電極催化劑制得電極的放電電流密度分別為:260mA/cm2、27 OmA/ cm2、360mA/cm2、31 OmA/cm2、3 20mA/ cm2。
[0044]上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種鋅空氣電池的空氣電極催化劑，其特征在于:它的化學(xué)通式為: A12xFe 2-2xNi 4yT ? 2-2y〇7， 式中，0.1 <x<0.5，0.5<y< I。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋅空氣電池的空氣電極催化劑，其特征在于，它的化學(xué)通式為: A12xFe 2-2xNi 4yT ? 2-2y〇7， 式中，0.1 <x<0.2，0.5<y<0.8。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋅空氣電池的空氣電極催化劑，其特征在于，它的化學(xué)通式為: A12xFe 2-2xNi 4yT ? 2-2y〇7， 式中，x = 0.2，y = 0.6。4.權(quán)利要求1或3中所述鋅空氣電池的空氣電極催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (a)分別稱取硝酸鋁、氯化鐵、硝酸鎳溶于去離子水中形成混合液，再稱取草酸銨溶于去離子水中形成草酸銨溶液，所述硝酸鋁、氯化鐵、硝酸鎳的摩爾比為X:l-X:2y; (b)在pH= 5.0?7.5、攪拌條件下，向所述混合液中同時滴加所述草酸銨溶液和四氯化鈦形成沉淀，所述硝酸鎳與所述四氯化鈦的摩爾比為2y:l-y; (c)將所述沉淀過濾、洗滌、烘干后，置于惰性氣體條件下于200?300°C煅燒I?3小時，取出研磨后壓成片狀，在800?1000°C煅燒2?5h后冷卻至室溫即可。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述鋅空氣電池的空氣電極催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(b)中，所述草酸銨溶液的濃度為0.5?2mol/L，其滴加速度為50?100滴/分鐘。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述鋅空氣電池的空氣電極催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(c)中，研磨成片狀后先以10?20°C/分鐘的速度升溫至300?500°C煅燒I?5小時，再繼續(xù)升溫至800?1000°C。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述鋅空氣電池的空氣電極催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(c)中，所述冷卻速度為10?20°C/分鐘。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋅空氣電池的空氣電極催化劑及其制備方法，它的化學(xué)通式為：Al2xFe2-2xNi4yTi2-2yO7，式中，0.1≤x≤0.5，0.5≤y≤1。本發(fā)明鋅空氣電池的空氣電極催化劑，通過采用特定化學(xué)結(jié)構(gòu)通式的催化劑，其中包含有氧化鐵和二氧化鈦，這樣能夠?qū)⒀鯕廪D(zhuǎn)化成氧負(fù)離子或氧氣負(fù)離子，從而減少氧還原過程的極化，且價格低廉、化學(xué)穩(wěn)定性好。
【IPC分類】H01M4/90
【公開號】CN105609794
【申請?zhí)枴緾N201610034980
【發(fā)明人】田丙倫
【申請人】湖南眾麒能源科技有限責(zé)任公司
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年1月18日