[發明專利]一種鋅-空氣電池催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 202110147794.4
• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN112968182A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 陳艷
• 申請（專利權）人: 義烏市景麥新材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88;H01M12/08
• 代理公司: 杭州研基專利代理事務所(普通合伙) 33389
• 代理人: 謝東

本發明公開了一種鋅?空氣電池催化劑的制備方法，包括將2,5?二羥基對苯二甲酸和聚丙烯腈加入到N,N?二甲基甲酰胺中，超聲溶解，然后將其轉移至注射泵中，靜電紡絲接收輥上，得到一層纖維膜I；將六水合硝酸鈷和聚丙烯腈加入到N,N?二甲基甲酰胺中，超聲溶解，然后將其轉移至注射泵中，靜電紡絲纖維膜I上，得到一層纖維膜II；將纖維膜II從接收輥上取下，然后將其剪裁成2cm×2cm，疊加起來后放置在25mL的高壓反應釜中，然后加入混合溶劑，溶劑液面高于堆疊纖維膜高度，并在堆疊起來的纖維膜上壓上金屬塊防止纖維膜漂浮，超聲，在120～135℃下反應24～30h，冷卻，過濾，干燥，得到前體；將步驟S3中的前體和鈣鹽混合均勻，然后放置在管式爐中，在混合氣氛圍下，煅燒得到催化劑Co?MOF?74@C/Ca。

技術領域

本發明屬于催化劑技術領域，具體涉及一種鋅-空氣電池催化劑的制備方法。

背景技術

隨著環境污染和能源危機等問題的日益嚴重，人們對于開發高效、低廉的新型儲能器件的需求日益緊迫。其中，鋅-空氣電池由于其環境友好和高能量密度的特點而受到了特別的關注。在鋅-空電池中，氧還原(ORR)反應起著至關重要的作用。

鋅-空氣電池的基本結構有帶有催化劑的多孔空氣電極、金屬鋅電極和堿性電解質組成，其反應方程式如下

陽極：Zn+4OH^-＝Zn(OH)₄^2-+2e^-；

Zn(OH)₄^2-＝ZnO+H₂O+2OH^-；

陰極：O₂+2H₂O+4e^-＝4OH^-；

總反應式：2Zn+O₂＝2ZnO。

現如今，商用Pt及Pt基催化劑是最具代表性，也是最得到廣泛應用的氧還原催化劑。但是，其高昂的價格和稀少的儲量也限制了它們進一步的商業應用。因此，需要尋找高效，穩定和廉價的非Pt電催化劑，這也是如今能源領域的研究熱點。

發明內容

針對現有技術中鋅-空氣電池催化劑存在使用貴金屬而導致成本高，且效率低，壽命短等缺陷，本發明的目的是提供一種鋅-空氣電池催化劑的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

S1：將2,5-二羥基對苯二甲酸和聚丙烯腈加入到N,N-二甲基甲酰胺中，超聲溶解，然后將其轉移至注射泵中，靜電紡絲接收輥上，得到一層纖維膜I。

S2：將六水合硝酸鈷和聚丙烯腈加入到N,N-二甲基甲酰胺中，超聲溶解，然后將其轉移至注射泵中，靜電紡絲纖維膜I上，得到一層纖維膜II。

S3：將纖維膜II從接收輥上取下，然后將其剪裁成2cm×2cm，疊加起來后放置在25mL的高壓反應釜中，然后加入混合溶劑，溶劑液面高于堆疊纖維膜高度，并在堆疊起來的纖維膜上壓上金屬塊防止纖維膜漂浮，超聲5～8min后放置在烘箱中，在120～135℃下反應24～30h，冷卻，過濾，干燥，得到前體。

S4：將步驟S3中的前體和鈣鹽混合均勻，然后放置在管式爐中，在混合氣氛圍下，800～900℃煅燒2～3h后得到催化劑Co-MOF-74@C/Ca。

進一步地，所述步驟S1中靜電紡絲的注射電壓為16～18kV，注射距離為12～15cm，注射速率為0.8～1.0mL/h；所述步驟S2中靜電紡絲的注射電壓為14～16kV，注射距離為10～12cm，注射速率為0.6～0.8mL/h。

進一步地，所述步驟S1中的2,5-二羥基對苯二甲酸和聚丙烯腈的質量比為(0.11～0.19):(0.44～0.96)。