[發明專利]一種空氣電極用石墨烯基催化劑及其制備方法有效
| 申請號： | 202010912124.2 | 申請日： | 2020-09-02 |
| 公開（公告）號： | CN111916763B | 公開（公告）日： | 2021-11-02 |
| 發明（設計）人： | 莊樹新;何佳怡;劉翼民;張武;趙俊哲;鄭永祥;林國 | 申請（專利權）人： | 廈門理工學院 |
| 主分類號： | H01M4/86 | 分類號： | H01M4/86;H01M4/88;H01M4/90 |
| 代理公司： | 廈門福貝知識產權代理事務所(普通合伙) 35235 | 代理人： | 陳遠洋 |
| 地址： | 361024 福*** | 國省代碼： | 福建;35 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 空氣 電極 石墨 催化劑 及其 制備 方法 | ||
本發明提出了一種空氣電極用石墨烯基催化劑及其制備方法，首先利用碳模板溶膠凝膠法制備具有高比表面積鈣鈦礦型氧化物La0.5Ca0.5CoO3，將其與Hummers法制備的氧化石墨烯混合超聲分散，再滴入還原劑水合肼邊超聲分散邊反應，將氧化石墨烯原位還原成石墨烯，生成黑色絮狀物或沉淀，經過過濾干燥即得La0.5Ca0.5CoO3/石墨烯復合催化劑，將其直接壓到不銹鋼集流體上形成催化層，經過一定的工藝制成高性能的空氣電極。本發明制備的La0.5Ca0.5CoO3/石墨烯復合催化劑因其具有較大的比表面積，較高的電子電導率，從而具有良好的催化活性，且該制備方法簡單，合成成本低廉，重現性好，易于實現工業化生產。
技術領域
本發明屬于金屬-空氣電池和能源技術領域，具體涉及一種空氣電極用石墨烯基催化劑及其制備方法。
背景技術
能源作為人類社會生存和發展中必不可或缺的物質基礎，在工業化進程中對其需求不斷增加。在眾多的新能源中，燃料電池、金屬-空氣電池和金屬氫化物-空氣電池是最有發展前景的動力電源。
空氣電極是其重要核心部分，在放電模式下，可從空氣中獲得氧進行氧還原反應(ORR)，在充電模式下，可從電解液獲得水分子進行氧析出反應(OER)。空氣電極一般采用疏水透氣結構，由氣體擴散層、多孔催化層和集流體三部分組成，這種結構有利于建立氣、液、固三相活性位點。在空氣電極里，氧的還原和析出是一對不可逆反應，易導致化學電源能量損失嚴重和電極極化嚴重。為了解決這些問題，催化劑被引入到空氣電極的催化層中。在眾多的催化劑中，鈣鈦礦型氧化物La0.5Ca0.5CoO3被認為是性價比最高的催化劑。但是，La0.5Ca0.5CoO3存在比表面積小和電子電導率低等阻礙了其大規模生產。為了解決其電子電導率低下，在鈣鈦礦型氧化物La0.5Ca0.5CoO3加入導電碳黑并用粘結劑聚四氟乙烯(PTFE)混合形成催化層。由于催化層中導電碳黑的存在，空氣電極在較為寬電位窗口(-0.2V～0.8Vvs.Hg/HgO)來回循環容易導致碳黑被氧化而破壞了催化層的結構，減少了氣、液、固三相活性位點，從而導致循環性能差和電極壽命短等問題，使其難以產業化。
發明內容
為了解決現有技術中存在的問題，本申請提出了一種空氣電極用石墨烯基催化劑及其制備方法，該制備方法采用碳模板溶膠凝膠—化學還原二步法制備La0.5Ca0.5CoO3/石墨烯復合催化劑，其制備的La0.5Ca0.5CoO3催化劑不僅克服了比表面積小，而且由于石墨烯的引入大大提高其電子電導率，從而提高了其催化活性。本發明的制備方法相對簡單、成本低廉且重現性高，更易于實現大批量生產。
本發明提出了一種空氣電極用石墨烯基催化劑的制備方法，包括以下步驟：
步驟S1：將含有10.82g La(NO3)3·6H2O、5.91g Ca(NO3)2·4H2O和14.55g Co(NO3)2·6H2O的混合溶液與檸檬酸溶液反應生成高比表面的La0.5Ca0.5CoO3納米顆粒催化劑；
步驟S2：在體積為23ml質量分數為98％的濃硫酸中加入0.5g硝酸鈉和1g鱗片石墨粉形成混合溶液，再加入3g高錳酸鉀和雙氧水反應生成氧化石墨烯；
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