[發明專利]鋅空氣電池的空氣電極催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 201110254606.4
• 申請日: 2011-08-31
• 公開（公告）號: CN102315460A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 上海堯豫實業有限公司
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;B01J23/889
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及化學電源技術領域，特別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

在鋅空電池中，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，使氧氣在電化學界面上的反應速度較慢，從而限制了鋅空氣電池的放電電流密度，使其只能應用于?小功率設備；貴金屬及其合金，如Pt、Ag及Pt合金等催化劑較活性炭、電解MnO₂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備的使用要求，因而也得不到大規模的應用；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、導電性高等優點，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良的導電性和電催化活性而備受關注。中國專利01104488.4公開了一種鋅空氣電池空氣電極的催化劑，其化學結構式為LiMn_2-xCo_xO₄,其中x=0～0.5摩爾比，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150mA/㎝²以上；中國專利200510032676.x公開了一種鋅空氣電池電催化劑的制備方法，采用溶液法合成LiMn_2-xCo_xO₄金屬氧化物，以該方法制備的催化劑組裝的鋅空氣電池在-0.6V極化電位下的最佳極化電流密度可高達258?mA/㎝²；中國專利200710028839.6公開了一種鋅空氣電池的電催化劑及其制備方法，該電催化劑的通式為LiNi_xCo_yFe_zMn_2-x-y-zO₄，是以Mn、Ni、Fe、Co等過渡金屬的鹽類為基料，采用溶膠凝膠法制備而得的，使用該方法的熱處理溫度較低、熱處理時間較短，反應過程和溶膠凝膠的微觀結構都易于控制，副反應較少，產物的轉化率較高。然而，上述技術仍存在以下問題：

??1、Co材料的價格高，從而使其材料商業化的成本也較高；

2、在堿性電解質中，金屬Co元素的化學穩定性較差，從而影響了電池的使用壽命。?

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有鋅空氣電池所存在的問題而提供一種原材料價格低廉、催化活性高、化學穩定性好的鋅空氣電池的空氣電極催化劑。

本發明的另一個目的是在于提供上述鋅空氣電池的空氣電極催化劑的制備方法，該制備方法是采用草酸共沉淀法制備出具有尖晶石型晶態結構的Ni_xAl_1-xMn₂O₄。

本發明的目的通過下述技術方案來實現：

本發明鋅空氣電池的空氣電極催化劑，其通式為Ni_xAl_1-xMn₂O₄，其中，0≤x≤1。

優選的，所述空氣電極催化劑的通式為Ni_xAl_1-xMn₂O₄，其中，0≤x≤0.35。

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：

第一步：按物質的摩爾比Ni：Al=x：1-x稱取硝酸鎳、硝酸鋁的混合物和草酸銨，分別溶解在去離子水中；

第二步，將第一步配制的溶液同時均勻滴入不斷攪拌的反應器中，使之混合反應直至反應完全，生成草酸鹽沉淀，反應過程中控制PH=4.0～7.0；

第三步，將第二步制得的沉淀用去離子水洗滌、過濾、烘干，烘干后的沉淀粉末在硝酸錳中研磨均勻，在500℃下煅燒3h；

第四步，將第三步中煅燒得到的混合物壓成片狀，在950～1050℃煅燒4h?后再在500℃退火5h，冷卻到室溫即得鋅空氣電池的空氣電極催化劑。