[發(fā)明專(zhuān)利]一種高性能空氣電極催化劑及其制備方法有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 202010912132.7 | 申請(qǐng)日： | 2020-09-02 |
| 公開(kāi)（公告）號(hào)： | CN111916770B | 公開(kāi)（公告）日： | 2021-09-24 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 莊樹(shù)新;何佳怡;劉翼民;黎鴻飛;李煜;張均衡;楊美玉 | 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人： | 廈門(mén)理工學(xué)院 |
| 主分類(lèi)號(hào)： | H01M4/90 | 分類(lèi)號(hào)： | H01M4/90;H01M4/88;H01M4/86 |
| 代理公司： | 廈門(mén)福貝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 35235 | 代理人： | 陳遠(yuǎn)洋 |
| 地址： | 361024 福*** | 國(guó)省代碼： | 福建;35 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 性能 空氣 電極 催化劑 及其 制備 方法 | ||
本發(fā)明提出了一種高性能空氣電極催化劑及其制備方法，首先采用無(wú)乳液聚合法制備單分散PMMA，并通過(guò)恒溫懸浮成膜法制備PMMA模板，其次將浸潤(rùn)有硝酸鹽混合溶液的PMMA模板置于馬弗爐中反應(yīng)生成La0.6Ca0.4CoO3催化劑，然后將該催化劑、碳黑和PTFE制成催化層，再與不銹鋼網(wǎng)(集流體)和擴(kuò)散層壓制在一起形成空氣電極。本發(fā)明制備的La0.6Ca0.4CoO3催化劑因其具有較大的比表面積，從而具有良好的催化活性，且該制備La0.6Ca0.4CoO3催化劑的方法過(guò)程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低廉，有利于促進(jìn)其代替貴金屬催化劑，規(guī)模化生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于金屬-空氣電池和能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高性能空氣電極催化劑及其制備方法。
背景技術(shù)
能源作為人類(lèi)社會(huì)生存和發(fā)展中必不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)，其隨工業(yè)化進(jìn)程需求不斷增加。在眾多的新能源中，堿性燃料電池、金屬-空氣電池和金屬氫化物-空氣電池是最有發(fā)展前景的動(dòng)力電源，其中空氣電極是這些電池重要核心部分。在空氣電極里，氧的還原和析出是一對(duì)不可逆反應(yīng)，易導(dǎo)致化學(xué)電源能量損失嚴(yán)重、循環(huán)性能差等問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，氧催化劑被引入到空氣電極中。國(guó)內(nèi)外研究者進(jìn)行了大量深入的研究，發(fā)現(xiàn)空氣電極中催化活性好的催化劑有Pt、Au、Pd和Rh等貴金屬，但它們昂貴的價(jià)格和匱乏的儲(chǔ)量，嚴(yán)重阻礙了其推廣應(yīng)用。因此，研究開(kāi)發(fā)新型非貴金屬電催化劑顯得尤為急迫。
鈣鈦礦型氧化物(ABO3結(jié)構(gòu))屬于立方結(jié)構(gòu)，被認(rèn)為是可以代替貴金屬且價(jià)格低廉的氧化物催化劑，已被應(yīng)用到實(shí)際電池中了。通過(guò)研究其氧還原/氧析出的雙效催化活性和循環(huán)性能，發(fā)現(xiàn)了鈣摻雜的La0.6Ca0.4CoO3的氧還原和氧析出活性接近貴金屬Pt。但是La0.6Ca0.4CoO3存在因比表面積小導(dǎo)致催化活性位點(diǎn)少，從而降低了其氧還原/析出的催化活性，從而增大了氧還原/析出反應(yīng)的極化、循環(huán)性能差等問(wèn)題，使其規(guī)?；瘧?yīng)用受到限制。目前，提高La0.6Ca0.4CoO3的比表面積是一個(gè)研究難點(diǎn)。因?yàn)槠淝膀?qū)體一般要在650℃下煅燒才能形成鈣鈦礦晶型，高的煅燒溫度導(dǎo)致其比表面積不會(huì)超過(guò)50m2/g，所以提高La0.6Ca0.4CoO3的比表面積成為其能否商業(yè)化的關(guān)鍵。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N高性能空氣電極催化劑及其制備方法，該制備方法利用PMMA作為硬模板合成了具有高比表面積三維有序大孔的鈣鈦礦型La0.6Ca0.4CoO3催化劑，其具有較高的比表面積。
本發(fā)明提出了一種高性能空氣電極催化劑的制備方法，包括以下步驟：
步驟S1：將55ml含有對(duì)羥基苯甲酸的甲基丙烯酸甲酯溶液進(jìn)行加熱后，慢速滴入20ml硫酸鉀溶液進(jìn)行聚合反應(yīng)得到白色沉淀物，將其過(guò)濾后得到單分散PMMA沉淀物；
步驟S2：將PMMA沉淀物溶解于去離子水中形成PMMA乳液，PMMA乳液進(jìn)行超聲分散后轉(zhuǎn)移至水浴鍋中加熱反應(yīng)，在PMMA乳液的表面形成一層層薄膜堆積生成PMMA模板；
步驟S3：按化學(xué)計(jì)量比稱(chēng)取12.99g的La(NO3)3·6H2O、4.72g的Ca(NO3)2·4H2O和14.55g的Co(NO3)2·6H2O溶于500ml的去離子水中形成硝酸鹽混合溶液；
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