[發明專利]Mo2C/C納米復合材料及其制備方法和包含該材料的鋰二氧化碳電池正極及其制備方法

在審

• 申請號: 201810585083.3
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108808021A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 徐靜;李碩;高秀麗;楊廣武;白鵬;劉振;王釗;李彥鵬;邢偉
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M12/08;B82Y30/00
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 鞏同海

本發明涉及一種Mo₂C/C納米復合材料及其制備方法和包含該材料的鋰二氧化碳電池正極及其制備方法，屬于電化學能源技術領域。本發明以鉬酸銨為鉬源、檸檬酸為碳源，利用氫氣的還原特性，制備Mo₂C/C納米復合材料。鋰二氧化碳電池正極片通過涂覆法制備，將Mo₂C/C納米復合材料與PVDF混合為涂膜漿料并涂覆在集流體上，得到含有Mo₂C/C納米復合材料的鋰二氧化碳電池正極。含有Mo₂C/C納米復合材料的鋰二氧化碳電池正極有效的緩解了電池正極極化問題，降低了鋰二氧化碳電池的充電過電勢，使鋰二氧化碳電池能夠穩定高效地運行。

技術領域

本發明涉及一種Mo₂C/C納米復合材料及其制備方法和包含該材料的鋰二氧化碳電池正極及其制備方法，屬于電化學能源技術領域。

背景技術

隨著人類社會的快速發展和每年成千上萬噸化石燃料(煤、天然氣和石油產品)的燃燒，大氣中的二氧化碳排放量逐年增加。二氧化碳是主要的溫室氣體，二氧化碳濃度的增加已經引起了嚴重的氣候變化，迫切需要減少二氧化碳排放到大氣中。然而，由于二氧化碳中的碳原子是最高氧化狀態，將二氧化碳轉化為其他化學物質需要大量的能量，這將不可避免地導致額外的污染。因此，如何實現生態高效、環境友好的二氧化碳捕獲和利用已成為世界性的挑戰，研究者們正不斷探索通過各種策略來實現二氧化碳轉化的技術。然而，這些方法都需要額外的持續的補充能源，這又會導致在傳統技術的基礎上產生和排放更多的二氧化碳。在傳統的二氧化碳捕獲和利用策略中，我們獲得了各種產品，包括一氧化碳、甲烷、乙烯、甲酸和甲醇。但是，這些液體或氣體產品的儲存和運輸需要進一步壓縮或液化程序，從而產生了額外的能源消耗。所以說傳統的二氧化碳捕獲和利用仍然是需要更多的能量，會產生更多的污染。因此，在一個電池系統中引入二氧化碳，不僅能減少二氧化碳的排放量，而且可以將二氧化碳轉化為一種可再生能源。

與鋰空氣電池相比，鋰二氧化碳電池具有以下優點：(1)二氧化碳氣體比氧氣更容易壓縮和儲存；(2)在有機溶劑中，二氧化碳的溶解度比氧氣大50倍，這有利于放電過程中陰極上二氧化碳消耗，二氧化碳可能比氧氣具有更好的動力學特性；(3)該電池不僅能消耗溫室氣體，還能緩解能源危機。

盡管鋰二氧化碳電池是很有吸引力的新型能源系統，但目前來看，鋰二氧化碳電池還處于實驗室研究階段，鋰二氧化碳電池系統的進一步發展還需要克服許多問題。比如電解液的不穩定、鋰枝晶的產生和正極電化學極化等方面。使用合適的催化劑材料，可以大大降低電池正極電化學極化，提升電池的性能。催化劑材料可以穩定中間產物及放電產物、提高電池的放電容量、降低充電平臺和提高電池的能量轉化效率。目前，常用的鋰二氧化碳電池催化劑主要為碳材料和金屬釕納米顆粒。由于貴金屬釕的成本很高，不利于實用化，并且碳材料催化劑降低正極極化的效果不顯著。因此尋找一種合適的催化劑降低陰極電化學極化，提高能量轉化效率是鋰二氧化碳電池領域要解決的技術問題之一。

發明內容

本發明的目的是提供一種Mo₂C/C納米復合材料及其制備方法和包含該材料的鋰二氧化碳電池正極及其制備方法。鋰二氧化碳電池正極以Mo₂C/C納米復合材料為催化劑，含有Mo₂C/C納米復合材料的鋰二氧化碳電池正極能夠有效緩解電池正極極化問題，降低鋰二氧化碳電池的充電過電勢，以提升電池的循環壽命。

本發明是采用以下的技術方案實現的：

一種Mo₂C/C納米復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鉬酸銨、檸檬酸和氯化鈉溶于去離子水中，攪拌得到均勻的水溶液；

(2)將步驟(1)所得的水溶液冷凍干燥，得到混合物；

(3)將步驟(2)所得的混合物在氬氣氫氣的混合氣氛中還原；