[發明專利]一種高溫熔鹽鐵空氣電池電極材料的制備方法以及由此得到的電極材料

在審

• 申請號: 202110069739.8
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112875761A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 王建強;彭程;姜文;隋金鳳;程李威;唐忠鋒;張詩雨;高江輝;金孟媛;王昊
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: C01G49/06
• 分類號: C01G49/06;C01G23/053;C01F17/229;C01F17/10;C23C18/44;H01M12/06;H01M4/52
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 宋麗榮

本發明涉及一種高溫熔鹽鐵空氣電池電極材料的制備方法，其包括提供普魯士藍納米材料；堿處理普魯士藍納米材料，形成具有疏松多孔結構的氫氧化鐵材料；銀、鈦和/或鑭的鹽溶液在氫氧化鐵材料上發生反應，使得銀、鈦和/或鑭元素沉積在氫氧化鐵材料上形成金屬沉積材料；退火處理金屬沉積電極材料獲得高溫熔鹽鐵空氣電池電極材料，該高溫熔鹽鐵空氣電池電極材料為均勻沉積有銀、二氧化鈦和/或氧化鑭的氧化鐵材料。本發明還提供由上述的制備方法得到的高溫熔鹽鐵空氣電池電極材料。根據本發明的高溫熔鹽鐵空氣電池電極材料，銀、二氧化鈦和/或氧化鑭均勻地沉積在氧化鐵材料上，解決現有的金屬沉積電極材料上沉積的金屬元素分布不均勻或團聚的問題。

技術領域

本發明涉及高溫熔鹽電池，更具體地涉及一種高溫熔鹽鐵空氣電池(即高溫熔鹽鐵-空氣電池，又稱為高溫熔鹽鐵空電池)電極材料的制備方法以及由此得到的電極材料。

背景技術

為適應電動汽車和電網的能源儲存需求，許多研究集中于電化學儲能技術的開發。高溫熔鹽鐵-空氣電池結合了固體氧化物燃料電池和熔融金屬空氣電池的優點，在不影響能量容量的情況下，提高了電池反應動力和功率容量。因此制備高溫熔鹽鐵-空氣電池的電極材料具有重大意義。

金屬沉積電極材料可以顯著提升高溫熔鹽鐵-空氣電池的性能。金屬沉積電極材料是改善電極性能的重要手段，沉積不同金屬元素可以調整電極材料的不同性質：在電極材料中沉積鑭可以顯著降低電荷轉移電阻，改善電極材料的導電性；在電極材料中沉積銀可以提高電極材料的氧化還原反應速率，從而顯著提高電極材料的電化學反應活性；在電極材料中沉積鈦元素能夠改善電極材料的電化學穩定性，從而提高電極材料的壽命。然而，在電極材料中沉積金屬元素的過程中常會遇到沉積金屬元素聚集的情況，造成電極材料的沉積不均勻，甚至沉積金屬聚集形成團聚現象，無法提升電極材料的性能。

發明內容

為了解決上述現有技術中的金屬沉積電極材料出現沉積元素分散不均或團聚等問題，本發明提供一種高溫熔鹽鐵空氣電池電極材料的制備方法。

本發明提供一種高溫熔鹽鐵空氣電池電極材料的制備方法，其包括如下步驟：S1，提供普魯士藍納米材料；S2，堿處理普魯士藍納米材料，形成具有疏松多孔結構的氫氧化鐵(Fe(OH)₃)材料；S3，銀、鈦和/或鑭的鹽溶液在氫氧化鐵材料上發生反應，使得銀、鈦和/或鑭元素沉積在氫氧化鐵材料上形成金屬沉積材料；以及S4，退火處理金屬沉積電極材料獲得高溫熔鹽鐵空氣電池電極材料，該高溫熔鹽鐵空氣電池電極材料為均勻沉積有銀、二氧化鈦和/或氧化鑭的氧化鐵材料。

優選地，在步驟S1中，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和亞鐵氰化鉀(K₄Fe(CN)₆)溶解于稀鹽酸溶液中形成普魯士藍溶液，烘干后得到盒狀結構的普魯士藍納米材料。在優選的實施例中，普魯士藍溶液在烘箱中加熱烘干，然后無水乙醇洗滌，然后離心后烘干得到普魯士藍納米材料。

優選地，在步驟S2中，使用氫氧化鈉溶液對普魯士藍納米材料進行堿處理。具體地，將普魯士藍納米材料分散于純水或乙醇中，加入氫氧化鈉溶液靜置得到棕黃色的懸濁液，然后用乙醇洗去多余的氫氧化鈉得到具有疏松多孔結構的氫氧化鐵材料。

優選地，在步驟S3中，銀的鹽溶液為硝酸銀的水溶液。具體地，將硝酸銀的水溶液加入氫氧化鐵材料的水溶液中，通過水合肼還原作用使銀單質沉積在氫氧化鐵材料上形成金屬沉積材料。具體地，氫氧化鐵材料對銀離子具有吸附作用，將硝酸銀溶液加入氫氧化鐵材料的水溶液中靜置使其吸附，然后再加入水合肼溶液靜置使硝酸銀氧化還原為銀單質沉積在氫氧化鐵材料的表面。在優選的實施例中，氫氧化鐵材料的質量為0.1mg，硝酸銀溶液的濃度為0.2mol/L，用量為0.01mL。