[發明專利]一種二次可逆空氣電極用催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201210120487.8
• 申請日: 2012-04-23
• 公開（公告）號: CN102658185B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 熊宇迪
• 申請（專利權）人: 北京漢能創昱科技有限公司
• 主分類號: B01J27/22
• 分類號: B01J27/22;B01J27/24;H01M4/90
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種二次可逆空氣電極用催化劑，具體地講是涉及一種二次可逆空氣電極用負載型鈣鈦礦型催化劑；本發明還涉及該催化劑的制備方法。

背景技術

隨著化石燃料的日益縮減，尋求新的可再生能源已經成為當今世界解決能源危機的重要舉措。各種燃料電池作為潛在的替代能源應運而生，其中，金屬空氣電池是一類特殊的燃料電池，可用的金屬有鋅、鋁、鎂等，這些金屬元素在地球上的含量豐富，使用后可回收再利用，且使用過程中無毒副產物生成。因此，金屬空氣電池具有成本低、無毒、無污染、比能量高等優點。

空氣電極作為陰極，是金屬空氣電池的重要組成部分，空氣電極中催化劑的性能及壽命則成為了制約金屬空氣電池能否商業化的關鍵因素。傳統的不可逆空氣電極使得金屬空氣電池不能二次電化學充電，限制了金屬空氣電池的應用。近年來，二次可逆空氣電極的發展，推動了金屬空氣電池的廣泛應用。對于二次可逆空氣電極而言，其催化層不僅可以發生氧氣的還原反應，而且可以發生氧氣的析出反應。析氧的反應電位較氧氣還原反應的高，且活性氧原子的產生，會使析氧反應發生時，空氣電極催化層具有高的電腐蝕性及氧化性。目前，常見的二次可逆空氣電極催化劑多為鈣鈦礦材料ABO₃，其中A代表的金屬有La、Ca、Sr、Ba等；B代表的金屬有Co、Fe、Mn等。鈣鈦礦具有氧化物的結構，導電性較差，常負載于碳材料上以增加空氣電極的導電性，但是析氧反應的高電位腐蝕性以及高氧化性會破壞碳材料的結構，限制了鈣鈦礦作為二次可逆空氣電極催化劑的應用。

發明內容

本發明提供一種二次可逆空氣電極用催化劑，能夠有效解決碳材料作為載體時，其結構容易遭到破壞的問題，同時還能提高電池的循環性能；其制備方法簡單，采用直接加熱法不添加其它物質，所制催化劑純度高且在載體上分散均勻，能夠較好地提高催化效果，適于工業化生產。

為解決上述技術問題，本發明技術方案如下：

一種二次可逆空氣電極用催化劑，其化學式為La_xCa_(1-x)CoO₃/TiC或La_xCa_(1-x)CoO₃/TiN，其中，0.5≤x≤0.7，La_xCa_(1-x)CoO₃的擔載量為5wt％-80wt％，優選為12.5wt％-60wt％。

上述二次可逆空氣電極用催化劑的制備方法為：按鑭、鈣和鈷的摩爾比為(2.5-3.5)∶(1.5-2.5)∶5配制鑭鹽、鈣鹽和鈷鹽的混合溶液，優選按照鑭、鈣和鈷的摩爾比為3∶2∶5。

在上述混合溶液中加入經預處理的TiC或TiN載體粉末，在加熱狀態下充分攪拌混合直至水蒸氣蒸發后攪拌無法繼續，該加熱狀態優選為在60-90℃下加熱。烘干后將混合物高溫燒結2-5h，優選為700-1000℃下燒結，之后迅速置于冷水中進行速冷處理，將混合物沉淀烘干、研磨即得La_xCa_(1-x)CoO₃/TiC或La_xCa_(1-x)CoO₃/TiN粉體，經篩分后得到粒度均勻的催化劑粉末。其中，所述冷水優選為不高于10℃且未結冰的去離子水。

所述鑭鹽、鈣鹽和鈷鹽分別可以選自鑭、鈣和鈷的硝酸鹽或氯化物等中的一種或兩者的混合物。

所述混合溶液中反應后理論上應得的主體催化劑La_xCa_(1-x)CoO₃與TiC或TiN載體的質量比約為1∶19-4∶1，即在上述混合溶液中加入TiC或TiN載體時優選按此比例。

所述載體粉末的預處理過程優選為將TiC或TiN粉末過篩后置于5wt％-30wt％的硝酸或鹽酸等溶液中，于50-80℃攪拌3-8h后，去除濾液后用去離子水反復沖洗，直至pH＝7為止，將TiC或TiN粉末烘干而得。

綜上所述，本發明提供的二次可逆空氣電極用催化劑，通過采用經特殊預處理的載體材料以及直接加熱法，能夠有效解決碳材料作為載體時其結構容易遭到破壞的問題，同時還能提高電池的循環性能；其制備方法簡單，采用直接加熱法不添加其它物質，所制催化劑純度高且在載體上分散均勻，能夠較好地提高催化效果，適于工業化生產。

附圖說明

圖1是本發明的催化劑應用于二次空氣電極的陰極極化曲線圖。

具體實施方式