[發明專利]一種氧還原催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201610019180.7
• 申請日: 2016-01-12
• 公開（公告）號: CN106960964B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 薛業建;劉兆平;苗鶴;孫珊珊;王勤;張勤號;李世華
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88;H01M12/06
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發明屬于催化劑領域，尤其涉及一種氧還原催化劑及其制備方法和應用。本發明提供的氧還原催化劑包括鈣鈦礦型催化劑和復合在所述鈣鈦礦型催化劑表面的鈰鋯復合氧化物；所述鈣鈦礦型催化劑的通式為La_1?xSr_xMnO₃；其中，0.1≤x≤0.7；所述鈰鋯復合氧化物的通式為Ce_1?yZr_yO₂；其中，0.05≤y≤0.6。本發明通過在鈣鈦礦型催化劑表面復合鈰鋯復合氧化物，大幅度提高了催化劑的催化活性，從而提高了采用該催化劑的金屬空氣的放電性能。實驗結果表明，采用本發明提供的催化劑的金屬空氣電池在放電時的最高功率密度為84～209mW/cm²。

技術領域

本發明屬于催化劑領域，尤其涉及一種氧還原催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

能源是發展國民經濟和提高人民生活水平的重要物質基礎，也是直接影響經濟發展的一個重要因素。進入21世紀以來，人類面臨著實現經濟和社會可持續發展的重大挑戰，如何在資源有限和環保嚴格要求的雙重制約下保持經濟的告訴發展已經成為全球熱點問題。而傳統的能源利用方式所帶來的資源短缺、環境污染、溫室效應等問題將更為突出，因此傳統能源結構及其利用方式越來越難以適應人類生存發展的需要。為了高效、合理地使用不可再生能源而又保持環境和生態平衡，基本途徑就是開發以這些資源為燃料的燃料電池技術。

金屬空氣電池是一種介于原電池與燃料電池之間的“半燃料”電池，兼具原電池和燃料電池的特點，并具有容量大、比能量高、成本低等優點，被認為是未來很有發展和應用前景的新型電池材料。

金屬空氣電池一般由金屬陽極、電解液及空氣陰極組成。其中，空氣陰極是金屬空氣電池的核心部件，對金屬空氣電池的電池性能有直接影響。金屬空氣電池的空氣陰極的結構較為復雜，一般包含集流層和催化層，其中，催化劑層的性能直接決定了空氣陰極的性能。催化劑層活性物質氧的還原是一個復雜的4電子反應過程，交換電流密度小，可逆性差，過電位高，因此陰極的電化學反應，即氧還原反應的速率比金屬陽極的電化學反應低近幾個數量級。由此可見，氧還原反應過程是影響電池動力學性能的重要因素；氧還原催化劑是金屬-空氣電池發展的關鍵，也就成為了相關研究的核心問題。

傳統催化劑主要有貴金屬及其合金、鈣鈦礦/尖晶石型氧化物等。貴金屬催化劑的優點是對氧的還原反應有較高的催化活性，但價格昂貴，容易中毒失活；鈣鈦礦型氧化物催化劑的分子式為ABO₃，A位陽離子一般為離子半徑較大的堿金屬、堿土金屬或稀土金屬等，B位陽離子一般為離子半徑較小的高價過渡金屬離子。鈣鈦礦型氧化物催化劑的元素可選擇性較多，可搭配性高，且價格相對低廉，但現有鈣鈦礦催化劑普遍存在氧離子在催化劑中遷移較慢的缺點，從而導致采用鈣鈦礦型氧化物催化劑的金屬空氣電池的放電性能較差。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種氧還原催化劑及其制備方法和應用，采用本發明提供的氧還原催化劑的金屬空氣電池具有優異的放電性能。

本發明提供了一種氧還原催化劑，包括鈣鈦礦型催化劑和復合在所述鈣鈦礦型催化劑表面的鈰鋯復合氧化物；

所述鈣鈦礦型催化劑的通式為La_1-xSr_xMnO₃；其中，0.1≤x≤0.7；

所述鈰鋯復合氧化物的通式為Ce_1-yZr_yO₂；其中，0.05≤y≤0.6。

優選的，0.15≤x≤0.5。

優選的，0.1≤y≤0.25。

優選的，所述鈰鋯復合氧化物與所述鈣鈦礦型催化劑的質量比為(0.01～3)：1。