[發明專利]ZIF-67沸石咪唑酯骨架基復合電催化劑及其制備方法、鋅空氣電池正極和鋅空氣電池

有效

• 申請號: 201911148577.6
• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN110931803B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 許冠南;徐小龍
• 申請（專利權）人: 澳門大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/90;H01M12/06
• 代理公司: 成都超凡明遠知識產權代理有限公司 51258
• 代理人: 王暉;劉書芝

本發明涉及電化學儲能技術領域，具體公開了一種ZIF?67沸石咪唑酯骨架基復合電催化劑及其制備方法、鋅空氣電池正極和鋅空氣電池，該復合電催化劑的制備方法包括：將碳化ZIF?67沸石咪唑酯骨架在惰性氣氛下進行硫化處理和/或磷化處理。采用碳化ZIF?67沸石咪唑酯骨架在惰性氣氛下進行硫化和/或磷化制備得到的ZIF?67沸石咪唑酯骨架基復合電催化劑，鈷化合物與碳材料之間的異質協同作用以及復合材料中的有序孔結構提供了豐富的催化位點，實現了催化劑的高效雙功能特性；該ZIF?67沸石咪唑酯骨架基復合電催化劑可用于鋅空氣電池正極，表現出優異的電化學性能，為鋅空氣電池的實際應用提供了理論基礎和技術支撐。

技術領域

本發明涉及電化學儲能技術領域，具體而言，涉及一種ZIF-67沸石咪唑酯骨架基復合電催化劑及其制備方法、鋅空氣電池正極和鋅空氣電池。

背景技術

鋅空氣電池是一種以空氣中的氧氣為正極活性物質，金屬鋅為負極活性物質的電池，其開路電壓約為1.4～1.5V。鋅空氣電池具有比能量大，放電電壓平穩，正極活性物質空氣來源無限，價廉等優勢。然而，貴金屬電催化劑的高成本和非貴金屬電催化劑的緩慢氧化還原動力學仍然是鋅空氣電池實施的瓶頸(Advanced Energy Materials,2019,9,1803867)。因此，尋找具有高動力學和低成本的非貴金屬雙功能電催化劑對鋅空氣電池的實際應用非常重要(Applied Catalysis B:Environmental,2018,220,88-97)。

鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的在于提供，以改善上述問題。

本發明是這樣實現的：

第一方面，本發明實施例提供了一種ZIF-67沸石咪唑酯骨架基復合電催化劑的制備方法，其包括：將碳化ZIF-67沸石咪唑酯骨架在惰性氣氛下進行硫化處理和/或磷化處理。

第二方面，本發明實施例提供了一種ZIF-67沸石咪唑酯骨架基復合電催化劑，其由前述實施例的制備方法制備得到。

第三方面，本發明實施例還提供了一種鋅空氣電池正極，其包括集流體，以及分別設置于集流體相對兩側的催化層和氣體擴散層，催化層包括前述實施例的ZIF-67沸石咪唑酯骨架基復合電催化劑。

可選地，集流體為泡沫鎳。可選地，催化層由ZIF-67沸石咪唑酯骨架基復合電催化劑、活性碳、聚四氟乙烯的乙醇分散液與無水乙醇混合研磨，研磨至塊狀后，將其壓制均勻后得到；可選地，ZIF-67沸石咪唑酯骨架基復合電催化劑、活性碳、聚四氟乙烯和乙醇的用量為：0.1g：0.03g：0.3ml：2ml。

可選地，氣體擴散層由活性碳、聚四氟乙烯的乙醇分散液與無水乙醇混合研磨，研磨至塊狀后，將其壓制均勻后得到；優選地，活性碳、聚四氟乙烯和乙醇的用量為：0.3g：0.8ml：5ml。

第四方面，本發明實施例還提供了一種鋅空氣電池，其包括負極、電解液和前述實施例的鋅空氣電池正極，其中，負極為鋅片。可選地，所述電解液為氫氧化鉀溶液。可選地，鋅空氣電池在2mA cm^-2電流密度下的放電電壓平臺高于1.28V，過電位小于0.6V。

本發明具有以下有益效果：本發明實施例采用碳化ZIF-67沸石咪唑酯骨架在惰性氣氛下進行硫化和/或磷化制備得到的ZIF-67沸石咪唑酯骨架基復合電催化劑，鈷化合物與碳材料之間的異質協同作用以及復合材料中的有序孔結構提供了豐富的催化位點，實現了催化劑的高效雙功能特性；該ZIF-67沸石咪唑酯骨架基復合電催化劑可用于鋅空氣電池正極，表現出優異的電化學性能，為鋅空氣電池的實際應用提供了理論基礎和技術支撐。

附圖說明