[發明專利]鋁空氣電池的空氣電極催化劑、空氣電極及其制備方法

在審

• 申請號: 202010466645.X
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111584893A
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 陳冬芬;呼繼梅;李寧;張亞男
• 申請（專利權）人: 蔚藍（廣東）新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/86;H01M4/88;H01M12/06
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 張艷美;鄒敏敏

本發明提供一種鋁空氣電池的空氣電極催化劑、空氣電極及其制備方法，其中，鋁空氣電池的空氣電極催化劑，化學式為CoFe_2?xM_xO₄，M為Ni、Zn和Mn中的一種，0＜x≤0.2。采用CoFe_2?xM_xO₄作為空氣電極催化劑，其具有尖晶石型晶型結構，且采用Co和Fe作為主元素，Ni、Zn、Mn作為摻雜元素，其結構穩定，催化活性高，制成的空氣電極可使鋁空氣電池的電壓高且平穩，比能量也大大提升?？諝怆姌O催化劑的制備方法，包括依次的如下步驟：(1)固相混合根據化學式的配比稱取鈷源、鐵源和M源，并與葡萄糖混合；(2)研磨，干燥后進行煅燒。此制備方法的原料豐富，制備條件簡單，反應條件容易控制，制備時間短，易于工業化生產，所得催化劑均勻且粒度小，具有較高的穩定性和催化活性。

技術領域

本發明涉及空氣電池領域，尤其涉及一種鋁空氣電池的空氣電極催化劑、空氣電極及其制備方法。

背景技術

鋁空氣電池通常以活潑金屬鋁作為陽極，疏水透氣的空氣電極(由防水層、催化層、集流體構成)作為陰極，(氫氧化鉀或氫氧化鈉)溶液作為電解質，由于放電過程中鋁陽極被消耗，空氣中的氧氣通過空氣電極進入到達三相界面而發生氧還原反應。鋁空氣電池的主要特點是電池元件簡單、陽極鋁板可以替換、操作靈活、能量密度大、重量輕、材料來源豐富、無污染、可靠性高、壽命長、使用安全等優點，因而被稱為是“面向21世紀的綠色能源”。但是鋁空氣電池目前的輸出功率較低，電極極化較大，主要原因是空氣電極中催化劑的活性不高。因此，要實現鋁空氣電池的商業化，開發性能優良、工作穩定的氧還原催化劑是一個重要環節。在空氣電極的氧還原催化劑中，貴金屬系列(Pt系、Ag系)催化劑雖有很強的氧還原能力、導電性和穩定性，但因資源稀缺、價格高昂廣泛使用受限；錳氧化物雖然價格低廉、來源廣但是催化活性較低；金屬有機大環螯合物催化性能較好但制備過程復雜，催化機理存在爭議，且反應過程中容易發生脫落污染環境。

因此，急需一種制備簡單、穩定性好的適用于鋁空氣電池、高催化活性的氧還原催化劑來解決上述問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鋁空氣電池的空氣電極催化劑、空氣電極及其制備方法，此空氣電極催化劑的穩定性好、催化活性高，且制備簡單、原料豐富，可解決現有的氧還原催化劑的制造成本高、制作工藝復雜、催化活性低、穩定性差等問題。

雖然現在已經出現了一些AB₂O₄的尖晶石型氧化物或ABO₃的鈣鈦礦型氧化物作為空氣電極的催化劑，但是這類催化劑通常用于鋰空氣電池或者鋅空氣電池，由于鋰、鋅、鋁的反應活性不同，各空氣電池的充放電動力學速率不同，用于鋰空氣電池或者鋅空氣電池的催化劑并不能匹配鋁空氣電池的陽極鋁板，并不能使鋁空氣電池維持平穩的高電壓及提升比能量。且鋁空氣電池放電時鋁反應生成鋁離子，鋁離子與氫氧根離子結合生成粘稠的氫氧化鋁沉淀，其會附著在電極表面而影響電極的催化性能。本發明人基于此，在常規AB₂O₄的尖晶石型氧化物的基礎上進行了改進，提供了一種適合于鋁空氣電池的尖晶石型氧化物作為空氣電極的催化劑，其化學式為CoFe_2-xM_xO₄，M為Ni、Zn和Mn中的一種，0＜x≤0.2。