[發明專利]一種MnOx/C-PTFE催化劑膏體的制備方法

有效

• 申請號: 201310419756.5
• 申請日: 2013-09-13
• 公開（公告）號: CN103464211A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 孫公權;姜魯華;王二東;王素力;谷順學
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J31/32
• 分類號: B01J31/32;H01M4/90
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明涉及金屬空氣電池陰極用催化劑，具體地說是一種金屬空氣電池陰極用MnO_x/C/PTFE催化劑的制備方法。

背景技術

金屬空氣電池是一種采用金屬（如鎂、鋁、鋅等）為陽極燃料，空氣中氧氣作為氧化劑，堿液或中性鹽水作為電解質溶液的電化學反應裝置。我國鎂、鋁、鋅等金屬儲量豐富、且價格低廉，因此金屬空氣電池在我國通訊電源、野外應急電源、照明電源及儲備電源等可移動電源的諸多領域具有廣闊的應用前景。作為可移動電源，性能和穩定性是兩個重要指標。而對于金屬空氣電池，陰極是影響電池性能和穩定性重要部件之一。陰極催化劑及陰極制備技術也是金屬空氣電池的核心技術，國際上很多國家也將相關技術保密而不予公開。因此，開發高性能、良好穩定性的陰極，對于金屬空氣電池的開發及應用具有十分重要的意義。

目前，常用的金屬空氣電池陰極催化劑為以MnO₂為主體的錳系催化劑?，F在有很多關于納米二氧化錳的制備方法，比如溶膠-凝膠法，固相法，液相氧化法，化學沉淀法，水熱法等。中國專利201010614448.4披露了一種高長徑比的二氧化錳納米線的制備方法。該方法以高錳酸鉀、還原劑醇和作為pH值調節劑的無機酸為原料，制備二氧化錳的溶膠凝膠；將制得二氧化錳溶膠凝膠產物制備成二氧化錳干凝膠細粉后再將所得的二氧化錳干凝膠細粉進行燒灼，合成高長徑比的二氧化錳納米線。中國專利201210405373.8公開了一種制備不同晶型二氧化錳的制備方法，采用二價錳鹽為還原劑，高錳酸鉀為氧化劑，通過調整原料的比例，在反應釜中于160℃反應1-12h，既可合成一維的α-MnO₂納米纖維、β-MnO₂納米棒，又可合成二維結構的δ-MnO₂花狀結構。

然而上述催化劑需進一步進行漿液配置后形成催化劑膏體以用于制備金屬空氣電池陰極，這種工藝制備流程相對復雜，且制備所需時間較長。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種具有工藝簡單、原料易得、成本低、污染小且易于凈化處理、易于產業化等優點，屬于環境友好的金屬空氣電池催化劑膏體的制備方法。

一種MnO_x/C-PTFE催化劑膏體的制備方法，包括以下制備步驟，

1）催化劑前體溶液的配置：于水中加入高錳酸鉀粉末，攪拌使之完全溶解，形成催化劑前體溶液；

2）碳載體分散液的配制：于乙醇中加入碳粉，攪拌使之混合均勻，形成碳載體分散液；

3）MnO_x/C-PTFE催化劑膏體的制備：將步驟1）和步驟2）所得催化劑前體溶液和碳載體分散液混合后攪拌均勻，并加入PTFE乳液，攪拌均勻后密封保存10h以上得MnO_x/C-PTFE催化劑。

所述步驟1）催化劑前體溶液配置的濃度為于每100ml水中加入20-50g高錳酸鉀粉末。

所述步驟2）碳載體分散液配制的濃度為于每100ml乙醇中加入碳粉10-40g；所述碳粉為AB碳粉，XC-72，BP-2000，碳納米管，碳納米纖維。

所述步驟3）MnO_x/C-PTFE催化劑膏體的制備中，催化劑前體溶液和碳載體分散液中高錳酸鉀與碳載體的質量比為1:4-4:1；PTFE乳液的濃度為2%-60%；PTFE乳液中PTFE的質量與高錳酸鉀的質量比為1:4-1:1。

所述密封保存時間為10-200h；所述密封保存時間較優為50-150h；所述密封保存時間最優為80-120h。

相比于傳統金屬空氣電池陰極催化劑膏體的制備方法，本發明具有以下優點：

①采用本方法制備催化劑膏體，其對合成條件無要求，可在常溫常壓下制備，節省了催化劑的制備成本，易于批量生產；

②采用本方法制備催化劑膏體，其制備步驟簡單，省去了傳統催化劑制備過程中的洗滌，過濾，烘干等步驟，節省了催化劑膏體的制備時間成本；

③采用本方法制備催化劑膏體，其可以一步實現催化劑膏體的制備，無需先制備MnO_x/C催化劑，再將催化劑與PTFE混合攪拌制備催化劑膏體，制備流程簡單，易于產業化。

④采用本發明所述催化劑膏體制備的金屬空氣電池陰極具有較高的氧還原活性，且陰極性能一致性好。

附圖說明

圖1傳統催化劑膏體制備流程示意圖；

圖2本發明所述催化劑膏體制備流程示意圖；