[發明專利]一種用于鋰空氣電池的雙功能催化劑

無效

• 申請號: 201210539423.1
• 申請日: 2012-12-13
• 公開（公告）號: CN103035930A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 銀鳳翔;陳標華;王亮;李國儒;王志清
• 申請（專利權）人: 北京化工大學常州先進材料研究院
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及儲能電池，具體涉及一種用于鋰空氣電池的雙功能催化劑。?

背景技術

鋰空氣電池是近年來得到快速發展的具備超大容量和超大能量密度的化學電池，但是由于催化劑性能的限制，使得鋰空氣電池的性能受到了限制，阻礙了鋰空氣電池的商業化進程。?

對于鋰空氣電池催化劑，既需要具有氧氣還原性能，又需具有氧氣析出性能的雙功能催化劑。Pt是目前最好的氧還原催化劑，但其催化氧析出反應的活性卻較差；Ru或Ir等金屬及其氧化物對于氧析出反應的催化活性很高，但對氧還原反應的催化活性很低，可用來作為氧析出催化劑。因此，獲得既具有氧還原性能，又具有氧析出性能的雙功能催化劑成了鋰空氣電池發展的關鍵之一。?

鋰空氣電池雙功能催化劑最初采用氧還原催化劑和氧析出催化劑的機械混合物法來制備，例如，鉑與二氧化銥的機械混合物。由于所采用的催化劑均為非負載型催化劑，在微觀上，氧還原催化劑和氧析出催化劑均以團聚體的形式存在，普通的超聲振蕩方式無法使團聚體充分分散，因此，二者之間只能達到團聚體級別上的混合。這樣，造成單一功能的氧還原催化劑和氧析出催化劑在催化層空間上的不連續分布，對于任意一種催化劑來講，其無法充分占據整個催化層空間，從而降低了催化劑的利用率。因此，目前都采用負載型催化劑，其中載體采用碳粉，碳粉由于具有較高的比表面積，豐富的孔結構及優異導電性，可有效提高活性物質的分散性，獲得較高的活性面積，從而提高催化劑性能。但是由于在反應過程中碳粉存在電化學腐蝕，限制了鋰空氣電池性能的進一步提高。因此，迫切需要尋找新的載體材料，以解決現有載體存在的問題。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于鋰空氣電池的雙功能催化劑，該催化劑具有高效的氧氣還原和氧氣析出雙功能催化作用，從而了提高鋰空氣電池性能。為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：?

一種用于鋰空氣電池的雙功能催化劑，作為載體的金屬氧化物具有催化氧析出功能，負載的貴金屬具有催化氧還原功能，催化劑具有氧氣還原和析出雙功能催化性能，其中，貴金屬的質量分數為0.2%~60%。該催化劑單獨或者以一定比例與鉑黑混合，應用于鋰空氣電池，與傳統的鉑黑和催化氧析出反應的氧化物的機械混合物相比，鋰空氣電池的氧還原和氧析出性能得到了提高，尤其是鋰空氣電池的整體性能得到了提高。?

本發明所述的催化劑中，所負載的貴金屬為鉑、金或者二者的合金；作為載體的具有催化氧析出功能的金屬氧化物中所含的金屬組分為X或XY，其中X為Ir，Ru中的一種或兩種，Y為Pt，Au，Pd，Os，Rh，Ta，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Ti，Zr，Mo，Sn，Se中的—種或多種，X與Y中所含元素的總的物質的量之比為0.01~10：1。?

本發明所述的催化劑中，作為載體的氧析出反應金屬氧化物催化劑采用公知的方法制備，如Adams法，膠體法等。以金屬氧化物為載體，負載型催化劑的制備采用公知的方法，如乙二醇還原法，浸漬法，甲醛還原法，微波還原法等；具體例如：將作為載體的金屬氧化物分散于水、醇、或醇水溶液中，金屬氧化物與水，醇，或醇水溶液的質量之比為0.005~10：1，向金屬氧化物的懸濁液中添加所需的活性組分的前軀體，充分攪拌使二者混合均勻，調節溶液的PH值為8~14，添加還原劑于60~95℃加熱環境下回流反反應0.5~3小時，產物離心洗滌沉淀，真空干燥，得到以金屬氧化物為載體的負載型催化劑；其中所述的?還原劑為甲醛、乙醛、硼氫化鈉、甲酸、乙酸、肼、擰檬酸鈉、抗壞血酸或氫氣。或者采用乙二醇還原法，過程如下：將作為載體的金屬氧化物分散于乙二醇中，金屬氧化物與乙二醇的質量之比為0.0001~0.1：1，向金屬氧化物的懸濁液中添加所需活性組分的前軀體，充分攪拌使二者混合均勻，調節溶液的PH值為11～14，于110～130℃加熱環境下回流反反應0.5~2小時，產物離心洗滌沉淀，真空干燥，得到以金屬氧化物為載體的負載型催化劑。?

用所制備的催化劑制備電極，組裝電池以評價其電池性能，過程如下：?

1、空氣電極的制備將Super?P、活性材料和PTFE乳液(質量濃度60%)按質量比60:25:15配比，球磨制漿，烘干，再加入適量乙醇制成泥團狀，經滾壓機碾壓成片，切成直徑為2cm的圓片，壓在邊長為2.5cm的方形泡沫鎳集流體中心，干燥后待用。?

2、單電池的組裝：采用不銹鋼網作為集流網，不銹鋼板作為端板，將膜電極、集流網、端板及密封材料組裝成單電池。?