一种用于铝-空气电池的复合金属氧化物催化剂及其制备方法、应用技术

本发明专利技术公开了一种用于铝‑空气电池的复合金属氧化物催化剂及其制备方法、应用，涉及铝‑空气电池技术领域，是将CeO2与KB负载的Co3O4催化剂进行复合得到的Co3O4‑CeO2/KB复合金属氧化物催化剂，其制备是通过两步低温水热法制得。本发明专利技术通过简便的两步低温水热法制备了Co3O4‑CeO2/C复合材料，构筑多级复合纳米材料，通过Co3O4与CeO2纳米颗粒复合产生协同效应，使得材料的氧还原反应活性显著增强；纳米级CeO2和Co3O4与碳载体KB耦合，降低了电池的电荷传质电阻，大大提高了催化剂的氧还原性能，具有很好的协同效果，从而提高了铝‑空气电池的电化学性能，且该复合金属氧化物催化剂的制备工艺简便，易于操作，原料低廉。

Composite metal oxide catalyst for aluminum air battery and preparation method and application thereof

The invention discloses a composite metal oxide catalyst for aluminium air battery and its preparation method and application, which relates to the technical field of aluminium air battery. The composite metal oxide catalyst Co3O4/CeO2/KB is prepared by compounding CeO2 with KB supported Co3O4 catalyst, and is prepared by two-step low-temperature hydrothermal method. Yes. The Co_3O_4_CeO_2/C composite material is prepared by a simple two-step low-temperature hydrothermal method, and a multi-stage composite nano-material is constructed. The synergistic effect of Co_3O_4 and CeO_2 nano-particles is produced by the composite of Co_3O_4 and CeO_2 nano-particles, resulting in the remarkable enhancement of the oxygen reduction reaction activity of the material; the coupling of nano-CeO_2 and Co_3O_4 with the carbon carrier KB reduce The resistance greatly improves the oxygen reduction performance of the catalyst and has a good synergistic effect, thus improving the electrochemical performance of the aluminum air battery. The preparation process of the composite metal oxide catalyst is simple, easy to operate, and the raw materials are low.

【技术实现步骤摘要】
一种用于铝-空气电池的复合金属氧化物催化剂及其制备方法、应用
本专利技术涉及铝-空气电池
，尤其涉及一种用于铝-空气电池的复合金属氧化物催化剂及其制备方法、应用。
技术介绍
不断增长的能源需求引起了对高效，低成本，环保的储能系统的广泛研究。含水的金属/空气电池，尤其是铝/空气电池，已被确定为下一代能量密度高，成本低，环境污染小的储能装置。铝/空气电池的理论能量密度为8135Wh/kg，实际能量密度可达600-800Wh/kg，与锂离子电池相比极高。除此之外，由于地壳丰富，铝比锂更便宜。它相对较低的原子量26.98以及其三价态，克当量为8.99，相应的电化学当量为2.98Ah/g，锂为3.86，镁为2.20，锌为0.82。使用合金化铝，开路电压高达2.45V。因此，铝/空气电池成为电动车动力最引人注目的项目之一。空气电极在含水的金属/空气电池中具有重要的意义。目前的金属-空气电池瓶颈之一在于氧还原反应的缓慢动力学。由于Ce4+/Ce3+氧化还原对的存在，氧化铈(CeO2)已被用作许多催化剂体系的促进剂。这种独特的性质使其成为用于金属-空气电池中的良好辅助催化剂。与商用MnO2相比，MnOx/CeO2纳米棒在用于锂空气电池的氧电极中具有更高的比容量、倍率性能和循环稳定性。由于Ce-O的引入，能够有效地提高MnOx上分子氧的活化能力，已经很好地证明了CeO2在吸附氧气中起到关键作用，以控制催化剂表面的氧浓度。我们采用了两步低温水热法设计了Co3O4-CeO2/KB体系，具有较高的催化性能，这种Co3O4-CeO2/KB催化剂首次被用作铝-空气电池的阴极材料，具有很高放电平台，可应用于大功率放电。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种用于铝-空气电池的复合金属氧化物催化剂及其制备方法、应用，采用该催化剂作为铝-空气电池高效催化剂，CeO2与Co3O4进行耦合，产生更好的协同效果，从而提高了铝-空气电池的电化学性能。本专利技术提出的一种用于铝-空气电池的复合金属氧化物催化剂，是将CeO2与KB负载的Co3O4催化剂进行复合得到的Co3O4-CeO2/KB复合金属氧化物催化剂。本专利技术还提出了上述用于铝-空气电池的复合金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备CeO2/KB前驱体将Ce(NO3)3·6H2O、尿素、C6H8O7·H2O溶解于去离子水中，然后加入KB，超声处理，然后迅速转移至高压釜中，在120-180℃下进行水热反应，过滤，干燥，得CeO2/KB；2)制备Co3O4-CeO2/KB催化剂将CeO2/KB加入到含有Co(CH3COO)2·4H2O和尿素的混合水溶液中，搅拌，将悬浮液迅速转移至高压釜中，在130-150℃下进行水热反应，过滤，干燥，然后在空气中进行退火处理，即得。优选地，Ce(NO3)3·6H2O、C6H8O7·H2O、KB、Co(CH3COO)2·4H2O、尿素的质量比为0.1-1：0.2-4.5：1-4：0.1-1：2-11，其中步骤1)和步骤2)中尿素的质量比为2-7：1-4。优选地，所述步骤1)中，水热反应时间为12-24h。优选地，所述步骤1)中，超声时间为25-35min。优选地，所述步骤2)中，水热反应时间为11-14h。优选地，所述步骤2)中，退火处理操作如下：将干燥后的产物放入马弗炉在295-310℃的空气中以5℃·min-1在空气中退火1.5-2.5h。优选地，所述干燥温度为75-85℃，干燥时间为10-15h。本专利技术还提出了上述用于铝-空气电池的复合金属氧化物催化剂在铝-空气电池阴极材料中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下突出的优势：1)本专利技术制备了Co3O4-CeO2/C复合材料，构筑多级复合纳米材料，通过Co3O4与CeO2纳米颗粒复合产生协同效应，使得材料的氧还原反应活性显著增强，纳米级CeO2和Co3O4与碳载体KB耦合，降低了电池的电荷传质电阻，大大提高了催化剂的氧还原性能，具有很好的协同效果，从而提高了铝-空气电池的电化学性能。2)本专利技术所制备的Co3O4-CeO2/KB催化剂在碱性电解液中表现出比20wt％Pt/C更高的催化活性和更好的稳定性，此外，Co3O4-CeO2/KB的半波电位比现有技术中报道的MnOx-CeO2/KB高20mV，在用作铝-空气电池阴极催化剂时，Co3O4-CeO2/KB具有比CeO2/KB和Co3O4/KB更高的放电电压平台。3)本专利技术通过简便的两步低温水热法制备了Co3O4-CeO2/C复合材料，制备工艺简便，易于操作，原料低廉，提供了一种低成本、高催化活性的铝-空气电池氧还原催化剂。具体实施方式下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。实施例1本专利技术提出了一种用于铝-空气电池的复合金属氧化物催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)制备CeO2/KB前驱体将0.1gCe(NO3)3·6H2O、1g尿素和0.2gC6H8O7·H2O溶解于80mL去离子水中，然后加入1gKB，超声处理30min，然后迅速转移至100mL特氟隆衬里的高压釜中，在140℃下进行反应12h，过滤，在80℃下干燥12h，得CeO2/KB；2)制备Co3O4-CeO2/KB催化剂将CeO2/KB加入到含有0.1gCo(CH3COO)2·4H2O和1g尿素的混合水溶液中，连续搅拌10min，将悬浮液迅速转移至100mL特氟隆衬里的高压釜中，在140℃下水热反应12h，过滤，在80℃下干燥12h，然后放入马弗炉在300℃的空气中以5℃·min-1在空气中退火处理2h，即得。实施例2本专利技术提出了一种用于铝-空气电池的复合金属氧化物催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)制备CeO2/KB前驱体将0.15gCe(NO3)3·6H2O、9g尿素和0.75gC6H8O7·H2O溶解于100mL去离子水中，然后加入1.5gKB，超声处理30min，然后迅速转移至100mL特氟隆衬里的高压釜中，在160℃下进行反应15h，过滤，在80℃下干燥12h，得CeO2/KB；2)制备Co3O4-CeO2/KB催化剂将CeO2/KB加入到含有0.2gCo(CH3COO)2·4H2O和1.8g尿素的混合水溶液中，连续搅拌10min，将悬浮液迅速转移至100mL特氟隆衬里的高压釜中，在140℃下水热反应12h，过滤，在180℃下干燥8h，然后放入马弗炉在300℃的空气中以5℃·min-1在空气中退火处理2h，即得。实施例3本专利技术提出了一种用于铝-空气电池的复合金属氧化物催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)制备CeO2/KB前驱体将0.35gCe(NO3)3·6H2O、7g尿素和0.35gC6H8O7·H2O溶解于50mL去离子水中，然后加入1.75gKB，超声处理25min，然后迅速转移至100mL特氟隆衬里的高压釜中，在120℃下进行反应13h，过滤，在75℃下干燥10h，得CeO2/KB；2)制备Co3O4-CeO2/KB催化剂将CeO2/KB加入到含有0.2gCo(CH3COO)2·4H2O和1g尿素的混合水溶液中，连续搅拌10min，将悬浮液迅速转移至100mL特氟隆衬里的高压釜中，在130℃下水热反应11h，过滤，在75本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于铝‑空气电池的复合金属氧化物催化剂，其特征在于，是将CeO2与KB负载的Co3O4催化剂进行复合得到的Co3O4‑CeO2/KB复合金属氧化物催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种用于铝-空气电池的复合金属氧化物催化剂，其特征在于，是将CeO2与KB负载的Co3O4催化剂进行复合得到的Co3O4-CeO2/KB复合金属氧化物催化剂。2.一种基于权利要求1所述的用于铝-空气电池的复合金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备CeO2/KB前驱体将Ce(NO3)3·6H2O、尿素、C6H8O7·H2O溶解于去离子水中，然后加入KB，超声处理，然后迅速转移至高压釜中，在120-180℃下进行水热反应，过滤，干燥，得CeO2/KB；2)制备Co3O4-CeO2/KB催化剂将CeO2/KB加入到含有Co(CH3COO)2·4H2O和尿素的混合水溶液中，搅拌，将悬浮液迅速转移至高压釜中，在130-150℃下进行水热反应，过滤，干燥，然后在空气中进行退火处理，即得。3.根据权利要求2所述的用于铝-空气电池的复合金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，Ce(NO3)3·6H2O、C6H8O7·H2O、KB、Co(CH3COO)2·4H2O、尿素的质量比为0.1-1：0.2-4.5：1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘坤，李道聪，夏昕，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34