[發明專利]一種熔鹽鐵空氣電池陰極雙功能電催化劑及其應用

有效

• 申請號: 201911136681.3
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN110797541B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 崔寶臣;劉淑芝;劉先軍;高晟堯;張志華;陳輝;孫婧
• 申請（專利權）人: 廣東石油化工學院
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90;H01M12/08
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所 23118
• 代理人: 曹愛華

本發明涉及的是一種熔鹽鐵空氣電池陰極雙功能電催化劑及其應用，其中熔鹽鐵空氣電池陰極雙功能電催化劑通過以下方法制備而成:一、將硝酸錳、硝酸鎳和硝酸鑭溶于蒸餾水中，攪拌混合均勻成硝酸鹽前體溶液；將十六烷基三甲基溴化銨溶解溶于蒸餾水中，攪拌制備成膠束液，然后在攪拌下將膠束液加入到硝酸鹽前體溶液中，最后加入尿素，得到混合溶液；二、將混合溶液和裁剪好的泡沫鎳進行水熱反應，得到負載有電催化劑前體的泡沫鎳；步驟三：負載有電催化劑前體的泡沫鎳700℃煅燒6h，最終制得NiMnO₃?La₂O₃熔鹽鐵空氣電池陰極雙功能電催化劑。本發明合成的雙功能電催化劑在高溫熔鹽環境條件下具有穩定的OER/ORR雙功能活性。

一、技術領域：

本發明涉及的是鐵空電池催化劑技術領域，具體涉及的是一種熔鹽鐵空氣電池陰極雙功能電催化劑及其應用。

二、背景技術：

熔鹽鐵空氣電池是一種利用高溫熔鹽為電解質實現儲能的電池技術，作為一種清潔能源，具有高比能量；此外，鐵資源豐富，廉價、無毒，不同于鋰、鋅等金屬電極，鐵電極在充放電過程沒有枝晶生成，壽命長，比金屬鋰、鈉更安全；鐵具有多電子的高儲電能力（轉移3個電子），遠遠大于單電子存儲的鋰離子電池儲電能力，也遠高于以Na-S和Na-NiCl₂為代表的高溫熔鹽電池；熔鹽鐵空氣電池可以直接在空氣環境下工作，空氣中的水分子對電池性能影響微乎其微，不用任何電池隔膜，簡化了電池構造技術，其充放電電流強度遠遠高出常溫電池儲能技術，特別適合用于大規模電網儲能和作為電動汽車的動力電源使用。

在熔鹽鐵空氣電池中，陰極電催化劑是核心組成部分，也是決定電池成本和性能的關鍵材料。近年來，研究表明NiO納米晶、鋰化NiO納米晶、PdO修飾的NiO納米晶和無定形MnO₂-鋰化NiO納米片等熔鹽鐵空氣電池陰極電催化劑具有良好的充放電性能，然而，由于熔鹽電解質的高溫具有腐蝕性環境，合成出穩定的催化氧氣析出反應/氧氣還原反應(ORR/OER)雙功能電催化劑仍然具有挑戰性。因此，開發一種結構和性能穩定的雙功能電催化劑成為熔鹽鐵空氣電池催化劑合成技術領域有待解決的重要問題之一。

三、發明內容：

本發明的一個目的是提供一種熔鹽鐵空氣電池陰極雙功能電催化劑，這種熔鹽鐵空氣電池陰極雙功能電催化劑用于解決現有的熔鹽鐵空氣電池電催化劑在高溫熔鹽環境下結構和性能還不夠穩定的問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：這種熔鹽鐵空氣電池陰極雙功能電催化劑為NiMnO₃-La₂O₃熔鹽鐵空氣電池陰極雙功能電催化劑，具有催化OER/ORR雙功能活性，在高溫熔鹽環境下具有穩定的類似于沙琪瑪的形貌結構，能夠為電極反應提供固-液-氣三相區，由于NiMnO₃-La₂O₃在高溫下穩定，其使用前后其形貌和結構保持基本一致，電催化性能無衰減的傾向；其通過以下方法制備而成:

步驟一：將硝酸錳、硝酸鎳和硝酸鑭溶于蒸餾水中，攪拌混合均勻成硝酸鹽前體溶液，硝酸錳、硝酸鎳和硝酸鑭的摩爾比為1.5:1:2.5；將0.005-0.03mmol十六烷基三甲基溴化銨溶解溶于蒸餾水中，攪拌制備成膠束液，然后在攪拌下將制備的10-30ml膠束液加入到硝酸鹽前體溶液中，最后加入20-80mmol尿素，得到混合溶液；

步驟二：將步驟一獲得的混合溶液加入到聚四氟乙烯襯里的水熱反應釜中,再將裁剪好的泡沫鎳放入其中，密封后在180^oC下水熱反應12h，然后自然冷卻至室溫后，取出泡沫鎳，用蒸餾水反復沖洗后，再用無水乙醇沖洗，然后于60^oC下真空干燥12h，得到負載有電催化劑前體的泡沫鎳；