[發明專利]一種鋅空電池空氣電極催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 202010100839.8
• 申請日: 2020-02-19
• 公開（公告）號: CN111313035A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 張永光;高萬秸
• 申請（專利權）人: 肇慶市華師大光電產業研究院
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/86;H01M4/90;H01M12/06
• 代理公司: 天津市尚文知識產權代理有限公司 12222
• 代理人: 郭平平

本發明涉及一種鋅空電池空氣電極催化劑的制備方法，所述方法通過將PDA碳化形成石墨碳，合成了介孔鐵、鎳、氮均相摻雜碳催化劑(FeNi/NC)。合成的FeNi/NC催化劑對ORR和OER均表現出較高的催化活性，提高了鋅空電池空氣電極的活性，從而提高鋅空電池的電化學性能。

技術領域

本發明涉及一種鋅空電池空氣電極催化劑的制備方法，旨在合成一種FeNi/NC催化劑，將PDA碳化形成石墨碳，得到一種能夠同時提高ORR和OER的催化活性的方法，屬于電池材料領域。

背景技術

可充電鋅空氣電池因其成本低、資源豐富、理論比能密度高而被認為是最有前途的儲能裝置之一。然而，由于空氣電極反應遲緩和耐久性低引起的低能效和低穩定性阻礙了可再充電鋅空氣電池的應用。氧氣析出反應(OER)發生在充電過程中的空氣電極上，而氧氣還原反應(ORR)發生在放電過程中的空氣電極上。通常，鉑基催化劑顯示出對ORR的最佳催化性能，而銥或釕納米顆粒是對OER的最佳催化劑。然而高成本和短循環壽命限制了它們在可充電鋅空氣電池上的應用。因此，低成本和高效的雙功能催化劑的開發迫在眉睫。

研究表明，碳基催化劑對ORR和OER均顯示出良好的活性。為了進一步提高它們的活性，需要增加活性位點的數量并提高每個位點的內在活性，多孔結構可以增加表面積，從而提供更多的活性位點，且有利于傳質過程的進行。同時，鐵的摻雜可以促進ORR活性，鎳的摻雜可以加速OER。氮摻雜可以調節電子結構，有利于兩個催化過程。為了實現這一效果，本發明的技術方案考慮合成FeNi/NC材料，提高了鋅空電池空氣電極的活性，從而提高鋅空電池的電化學性能。

發明內容

本發明的目的是進一步突破在電催化方面上的短板，提供一種鋅空電池空氣電極催化劑材料的制備方法，本發明解決該技術問題所采用的技術方案是：

一種鋅空電池空氣電極催化劑材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)制備Ni–Fe PBA材料：

將二水檸檬酸鈉、六水合硝酸鎳與去離子水混合成A溶液，然后將鐵氰化鉀與去離子水混合成B溶液。A、B兩種溶液分別超聲使得分散均勻。然后將A、B兩種溶液混合，攪拌15min，溶液在40℃加熱1h，然后在室溫下靜置24h，得到Ni–Fe PBA溶液。

進一步地，所述步驟(1)中，所述A溶液與所述B溶液中去離子水的體積相等，所述A溶液中二水檸檬酸鈉的濃度為30-45mmol/L，六水合硝酸鎳的濃度為20-30mmol/L，所述溶液B中鐵氰化鉀濃度為13-20mmol/L。

(2)制備FeNi/NC材料：

將Ni–Fe PBA，三羥甲基氨基甲烷和多巴胺加入蒸餾水中混合，混合物在冰水浴超聲5min后，在室溫下以600r/min的速度機械攪拌8h，將得到的懸浮液進行過濾并利用去離子水和乙醇洗滌，對洗滌產物進行高溫煅燒，將聚多巴胺PDA碳化形成石墨碳，得到FeNi/NC材料。

進一步地，所述步驟(2)中所述混合物中，Ni–Fe PBA與蒸餾水的質量體積比為1g/L，三羥甲基氨基甲烷與蒸餾水的質量體積比為2g/L，多巴胺與蒸餾水的質量體積比為1.2g/L。

進一步地，所述步驟(2)中高溫煅燒升溫速率為2℃/min，煅燒溫度為600℃，保溫時間為4h。

本發明的有益效果如下：

本發明所述技術方案合成了具有高電催化活性、良好化學穩定性的雙金屬摻雜FeNi/NC催化劑。FeNi/NC催化劑使得可充電鋅空氣電池具有高功率密度、高能效和高耐久性，顯示了雙功能鐵鎳NC催化劑的應用潛力。此外，制備電催化劑所需的原材料儲量豐富、價格低廉，在能源儲存及轉化領域中具有廣闊的應用前景。

具體實施方式

實施例1：