[發明專利]堿性鋁?空氣電池空氣電極的制備方法

在審

• 申請號: 201710431265.0
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107331871A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 陳秀華;向富維;馬文會
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M4/90;H01M12/06
• 代理公司: 昆明祥和知識產權代理有限公司53114
• 代理人: 和琳

技術領域

本發明屬于新能源技術領域，尤其是一種利用超聲水熱法，簡單、低沉本制備活性炭負載MnO₂催化劑，并將其制備成鋁-空氣電池空氣電極的堿性鋁-空氣電池空氣電極的制備方法。

背景技術

隨著科技水平的發展，人類對能源需求越來越大，石油、煤炭和天然氣等傳統能源再生周期長，遠遠不能跟上人類的發展腳步。而且，對化石能源的使用帶了一系列危機，包括化石能源緊缺、過度開采帶來的環境污染、使用過程中的大氣污染和溫室效應等。因此尋求新型能源成為了迫在眉睫的任務，而新能源應當是對環境污染小甚至無污染而且可再生周期短的。其中鋁-空氣電池具有能量密度高、價格低、操作簡單等優點，是極具發展潛力的化學電源之一。空氣電極是鋁-空氣電池中極其重要的一個組件，直接制約著鋁-空氣電池的性能，空氣電極的主要作用是把空氣中的氧氣進行還原，這個還原過程需要在有催化劑參與的固-液氣三項界面上，催化劑氧還原能力決定了鋁-空氣電池在一定放電電流密度下的放電電壓。因此，制備低成本且工藝簡單的催化劑具有十分重要的意義。

催化劑的種類有很多，包括貴金屬、金屬氧化物、金屬螯合物、鈣鈦礦材料等，為了提高催化劑的性能，通常做法是減小催化劑顆粒粒徑，將合成的粉末催化劑與活性炭、乙炔黑、粘合劑混和壓膜，制備過程比較復雜，而且制備的催化劑由于納米效應而發生團聚，造成催化性能的下降，為工業化生產帶來很大不便。因此需要一種制備方法，既能保證催化劑的粒徑小不容易團聚，還要減少空氣電極工藝復雜性。

MnO₂具有很高的催化活性，而活性炭具有很高的比表面積和很強的氧吸附能力，因此增大MnO₂與活性炭的接觸可以有效提高空氣電極的性能。傳統的方法是利用溶膠-凝膠法、微乳液法、化學沉淀法、水熱法等制備納米級別的MnO2，然后與活性炭、粘合劑混合均勻后壓制成催化層，最后與集流體和防水透氣層復合成空氣電極。這些方法流程比較長、而且MnO₂很難與活性炭混合均勻。而利用活性炭負載MnO₂可以充分利用MnO2的高的氧還原能力和活性炭強的氧吸附能力。

發明內容

本發明所要解決的就是現有鋁-空氣電池的空氣電極制備復雜，催化性能差的問題，提供一種利用超聲水熱法，簡單、低沉本制備活性炭負載MnO₂催化劑，并將其制備成鋁-空氣電池空氣電極的堿性鋁-空氣電池空氣電極的制備方法。

本發明的堿性鋁-空氣電池空氣電極的制備方法，其特征在于該制備方法利用超聲水熱法合成催化劑，將催化劑、乙炔黑和PTFE粘合劑超聲分散壓合成催化層，將活性炭、乙炔黑和PTFE粘合劑壓合成防水透氣層，泡沫鎳為集流體，將制備好的催化層、防水透氣層以及集流體順序壓合，即可得到空氣電極，具體制備步驟如下：

1）將高錳酸鉀加入去離子水中，配置成1L高錳酸鉀溶液；

2）將步驟1）得到的高錳酸鉀溶液用保鮮膜封口，利用水浴方式進行加熱至60℃，得到高錳酸鉀熱溶液；

3）在步驟2）得到的高錳酸鉀熱溶液中加入活性炭，在60℃水浴中，利用超聲混合0.5 h-2.5 h，超聲頻率為53 KHz，得到分散液；

4）取步驟3）中得到的分散液，過濾后得到粉末狀物體，用去離子水超聲清洗以及過濾三次，然后放入在干燥箱中在80℃進行干燥，得到干燥的MnO₂/AC；

5）取15g步驟4）得到的MnO₂/AC，并取3g乙炔黑以及60%PTFE分散液，一起放入酒精混合后攪拌12h；

6）將步驟5）得到的混合物，用水浴方式進行加熱蒸發酒精，在加熱過程中，不斷攪拌直至得到團狀物；

7）將步驟6）中的團狀物輥壓成膜狀，厚度為1 mm，得到催化層；

8）將步驟7）制備的催化層，與防水透氣層、集流體按照催化層、防水透氣層、集流體的順序進行壓合得到初級空氣電極，其中防水透氣層為活性炭、乙炔黑、60%PTFE分散液混合后輥壓成，厚度為1mm；

9）將步驟8）中得到的初級空氣電極，在氬氣環境中，放入350℃溫度下煅燒24h，即可得到空氣電極成品。

所述的步驟1）中，配置得到的高錳酸鉀溶液濃度為20g/L。

所述的步驟3）中，加入的活性炭為15 g。

所述的步驟8）中，集流體為泡沫鎳。