一种金属空气电池阴极用催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种金属空气电池阴极用催化剂及其制备方法，本发明专利技术提供的催化剂通过由银粉包覆的碳酸锰烧结得到，其中，所述包覆银粉的碳酸锰中，所述银粉与所述碳酸锰的质量比为(0.5～10):1。本发明专利技术中，通过对包覆银粉的碳酸锰进行烧结，使得得到的催化剂中银粉包覆在锰氧化物的表面，而并非分散在锰氧化物基体上，而且通过检测结果意外的发现，本发明专利技术得到的银粉包覆在锰氧化物的复合催化剂与现有的银-锰氧化物复合催化剂相比，其作为催化剂应用于空气电池得到的电池的输出功率显著提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空气电池的催化剂领域，尤其涉及一种金属空气电池阴极用催化剂及其制备方法。
技术介绍
随着煤炭、石油和天然气等燃料的消耗量与日剧增及能源资源的储量的逐渐枯竭，寻求环境友好可持续发展的能源技术迫在眉睫。燃料电池因其具有能量转化效率高、无污染、无噪音等优点，已成为世界各国研究的热点。燃料电池技术包括质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池、金属空气燃料电池以及碱性阴离子交换膜燃料电池等。其中，由于金属空气电池燃料供应丰富、储存寿命长、噪声低且氧电极即阴极可采用非贵金属还原催化剂而受到研发人员的青睐。其中，金属空气电池的阴极催化剂对电池的性能有很大的影响，目前，可用于金属空气电池的阴极催化剂通常为锰氧化物、钙钛矿、贵金属、导电炭材料以及上述材料的复合等，其中，锰氧化物价格低廉，易得，但是ORR反应中氧催化活性偏低；钙钛矿不易批量化生产；而贵金属与锰氧化物的复合物虽然催化活性较好，但是成本较高，而银由于成本相对较低，所以，关于银化合物与锰氧化物复合催化剂的研究比较多，如：申请号为201010563788.9的专利公开了一种Ag/MnyOx/C催化剂及其制备和应用，该专利通过采用碳酸银与高锰酸钾以及石墨反应，得到前驱体AgMnO4晶体，然后高温热解前驱体AgMnO4得到，但是，该法制备得到的催化剂应用于电池时，电池的输出功率仍然较低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种金属空气电池阴极用催化剂及其制备方法，本专利技术提供的催化剂制备的电池的输出功率高。本专利技术提供了一种金属空气电池阴极用催化剂，由银粉包覆的碳酸锰烧结得到，其中，所述银粉包覆的碳酸锰中，所述银粉与所述碳酸锰的质量比为(0.5～10):1。优选的，所述银粉与所述碳酸锰的质量比为(1～5):1。优选的，所述银粉的粒径为50～200nm。本专利技术还提供了一种本专利技术所述的催化剂的制备方法，包括：将银粉包覆的碳酸锰烧结，得到催化剂；其中，所述银粉包覆的碳酸锰中，所述银粉与所述碳酸锰的质量比为(0.5～10):1。优选的，所述银粉包覆的碳酸锰按照以下方法制备得到：1-1)将碳酸锰、表面活性剂和溶剂混合球磨，得到球磨后的浆料；1-2)向球磨后的浆料中加入银粉再次球磨，得到银粉包覆的碳酸锰。优选的，所述步骤1-1)的球磨中加入的球磨珠的粒径为0.5～1.5mm。优选的，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮聚乙二醇、聚氧乙烯醚、聚氧乙烯胺和烷基醇酰胺中的一种或几种。优选的，所述溶剂为松油醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、正丁醇和正己醇中的一种或几种。优选的，所述烧结的温度为350～550℃。优选的，所述步骤还包括将烧结后的催化剂与无水乙醇混合再球磨，得到催化剂。与现有技术相比，本专利技术提供了一种金属空电池阴极用催化剂，通过由银粉包覆的碳酸锰烧结得到，其中，所述包覆银粉的碳酸锰中，所述银粉与所述碳酸锰的质量比为(0.5～10):1。本专利技术中，通过对包覆银粉的碳酸锰进行烧结，使得得到的催化剂中银粉包覆在锰氧化物(MnOx，1≤x≤3)的表面，而并非分散在锰氧化物基体上，而且通过检测结果意外的发现，本专利技术得到的银粉包覆在锰氧化物的复合催化剂与现有的银-锰氧化物复合催化剂相比，其作为催化剂应用于空气电池得到的电池的输出功率显著提高，实验结果表明，本专利技术提供的催化剂应用于镁空气电池的最高功率密度可高达97.4mW/cm2。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的催化剂的SEM图；图2为本专利技术实施例1制备的催化剂的SEM图的局部放大图；图3为本专利技术实施例1提供的催化剂的X-射线能谱元素分布图总图；图4为本专利技术实施例1提供的催化剂中的银元素的X-射线能谱元素分布图；图5为本专利技术实施例1提供的催化剂中的锰元素的X-射线能谱元素分布图；图6为本专利技术实施例1提供的催化剂中氧的X-射线能谱元素分布图；图7为本专利技术实施例1提供的催化剂的各元素含量分布图；图8为采用本专利技术实施例1提供的催化剂制备得到的电池的放电性能测试结果；图9为采用本专利技术实施例2提供的催化剂制备得到的电池的放电性能测试结果；图10为采用本专利技术实施例3提供的催化剂制备得到的电池的放电性能测试结果；图11为采用本专利技术实施例4提供的催化剂制备得到的电池的放电性能以及未包覆银的碳酸锰烧结后得到的催化剂制备得到的电池的放电性能测试结果；图12为本专利技术实施例4得到的催化剂以及未包覆银的碳酸锰烧结后得到的催化剂的性能测试结果；图13为本专利技术对比例1制备的催化剂的SEM图；图14为采用本专利技术对比例1提供的催化剂制备得到的电池的放电性能测试结果。具体实施方式本专利技术提供了一种金属空气电池阴极用催化剂，由银粉包覆的碳酸锰烧结得到，其中，所述银粉包覆的碳酸锰中，所述银粉与所述碳酸锰的质量比为(0.5～10):1。按照本专利技术，所述银粉包覆的碳酸锰中，所述银粉与所述碳酸锰的质量比优选为(1～5):1，更优选为(2～3):1；所述银粉包覆的碳酸锰中的碳酸锰的粒径优选为0.1～20微米；更优选为0.6～12微米，最优选为3～8微米，本专利技术对碳酸锰的形状也没有特殊要求，棒状，球状均可；所述银粉的粒径优选为50～200纳米，更优选为80～150纳米，最优选为100～120纳米；所述得到的催化剂的粒径优选为1～2微米；本专利技术中，本专利技术对所述烧结没有特殊限定，本领域公知的烧结方式均可，本专利技术优选烧结温度为350～550℃。本专利技术提供了一种金属空气电池阴极用催化剂，通过由银粉包覆的碳酸锰烧结得到，其中，所述包覆银粉的碳酸锰中，所述银粉与所述碳酸锰的质量比为(0.5～10):1。本专利技术中，通过对包覆银粉的碳酸锰进行烧结，使得得到的催化剂中银粉包覆在锰氧化物的表面，即银粉是覆盖在锰氧化物表面的，而并非以散点分散在锰氧化物基体上，进而使得得到的Ag-MnOx(1≤x≤3)应用于空气电池的输出功率显著提高。本专利技术还提供了一种本专利技术所述的催化剂的制备方法，包括：将银粉包覆的碳酸锰烧结，得到催化剂；其中，所述包覆银粉的碳酸锰中，所述银粉与所述碳酸锰的质量比为(0.5～10):1。按照本专利技术，本专利技术通过将银粉包覆的碳酸锰烧结，得到催化剂；其中，所述银粉包覆的碳酸锰中，所述银粉与所述碳酸锰的质量比优选为(1～5):1，更优选为(2～3):1；所述银粉包覆的碳酸锰中的碳酸锰的粒径优选为0.1～10微米；更优选为1～8微米，最优选为3～6微米，本专利技术对碳酸锰的形状也没有特殊要求，棒状，球状均可；所述银粉的粒径优选为50～200纳米，更优选为80～150纳米，最优选为100～120纳米；本专利技术对烧结的温度没有特殊限定，本领域技术人员公知的用于锰盐烧结的温度均可；本专利技术的烧结温度优选为350～550℃，更优选为400～500℃；所述烧结的时间优选为1～5小时，更本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属空气电池阴极用催化剂，由银粉包覆的碳酸锰烧结得到，其中，所述银粉包覆的碳酸锰中，所述银粉与所述碳酸锰的质量比为(0.5～10):1。

【技术特征摘要】
1.一种金属空气电池阴极用催化剂，由银粉包覆的碳酸锰烧结得到，
其中，所述银粉包覆的碳酸锰中，所述银粉与所述碳酸锰的质量比为
(0.5～10):1。
2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述银粉与所述碳酸锰
的质量比为(1～5):1。
3.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述银粉的粒径为
50～200nm。
4.一种权利要求1～3任意一项所述的催化剂的制备方法，包括：
将银粉包覆的碳酸锰烧结，得到催化剂；
其中，所述银粉包覆的碳酸锰中，所述银粉与所述碳酸锰的质量比为
(0.5～10):1。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述银粉包覆的碳酸
锰按照以下方法制备得到：
1-1)将碳酸锰、表面活性剂和溶剂混合球磨，得到球磨后的浆料...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙珊珊，刘兆平，苗鹤，薛业建，王勤，李世华，张勤号，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33