[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于鋅-空氣電池中的FeZrRu三金屬雙功能氧電催化劑的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310301454.1
• 申請(qǐng)日: 2023-03-27
• 公開（公告）號(hào): CN116417628A
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張英杰;張延通;張呈旭;胡覺;董鵬;曾曉苑
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/90
• 分類號(hào): H01M4/90;H01M12/08;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 珠海市君佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44644
• 代理人: 段建軍

本發(fā)明采用一步高溫?zé)峤夥ㄖ苽淞司哂懈咝а踹€原反應(yīng)(ORR)和氧析出反應(yīng)(OER)雙功能催化活性的三金屬催化劑，該催化劑可以作為鋅?空氣電池的空氣陰極發(fā)生的ORR和OER催化劑。該方法是以離子液體(含有N、S、F等)、Fe鹽、Zr鹽、Ru鹽、三聚氰胺、硫脲及氧化石墨烯的混合物為前驅(qū)體，通過高溫?zé)峤猓嵯醇巴嘶鸬姆椒ǎ玫搅艘环NFeZrRu三金屬雙功能氧電催化劑。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，制備的雜原子摻雜的三金屬雙功能催化劑在堿性條件匯中具有良好的雙功能催化活性和穩(wěn)定性，同時(shí)自組裝的鋅?空氣電池也具有較高的功率密度和較為穩(wěn)定的充放電循環(huán)性能。本發(fā)明為金屬?空氣電池高性能三金屬摻雜雙功能氧電催化劑的合成提供了一種通用策略。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明采用一步高溫?zé)峤夥ㄖ苽淞司哂懈咝RR和OER雙功能催化活性的三金屬氧電催化劑，為金屬-空氣電池用高性能三金屬摻雜雙功能電催化劑的合成提供了一種通用策略。

背景技術(shù)

近年來，能源體系正從化石能源的絕對(duì)主導(dǎo)向低碳、多元化方向轉(zhuǎn)變。其中，儲(chǔ)能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)和環(huán)境保護(hù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

金屬-空氣電池由于具有比能量高、安全性好、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，作為受歡迎的一種能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，商業(yè)化應(yīng)用前景非常廣闊。其中，鋅-空氣電池由于具有資源豐富、理論能量密度較高等優(yōu)點(diǎn)，成為金屬-空氣電池眾多分類中的一類主要研究對(duì)象。

鋅空氣電池(ZABs)由于成本低、理論密度高、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。雖然鋅-空氣電池有望成為下一代儲(chǔ)能設(shè)備之一，但陰極緩慢的氧反應(yīng)仍然阻礙其商業(yè)化。因此，迫切需要用于氧還原反應(yīng)(ORR)和析氧反應(yīng)(OER)的高效催化劑以改善ZABs的性能。到目前為止，貴金屬材料仍然是商業(yè)電催化劑的首選。但儲(chǔ)量少、成本高、功能單一等問題阻礙了其大規(guī)模商業(yè)開發(fā)。因此，尋找廉價(jià)、低貴金屬負(fù)載量、高效的雙功能鋅空氣電池催化劑仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

鋅空氣電池產(chǎn)生電能的過程，是通過陽(yáng)極與陰極之間的氧化還原反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。鋅-空氣電池主要由正極(空氣電極)、負(fù)極(鋅電極)、電解液、隔膜和外殼五個(gè)部分組成。其中，空氣電極是鋅空氣電池最為核心的部分。鋅-空氣電池在放電時(shí)，空氣電極上發(fā)生的是ORR；另外，在充電時(shí)，空氣電極上發(fā)生的是OER。

總的來說，鋅-空氣電池在放電工作過程中電極上發(fā)生ORR，而在充電過程中電極上發(fā)生OER，它們作為一對(duì)可逆的反應(yīng)，在實(shí)際生產(chǎn)生活中存在著過電位高、反應(yīng)速率慢等實(shí)際問題，嚴(yán)重阻礙了鋅空氣電池的進(jìn)一步發(fā)展。所以通過開發(fā)優(yōu)異的ORR、OER雙功能催化劑，提升鋅-空氣電池的活性及其穩(wěn)定性來解決此問題，是目前眾多研究者的關(guān)注焦點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容