制备用于空气电极的锰氧化物催化剂的装置制造方法及图纸

一种制备用于空气电极的锰氧化物催化剂的装置，包括依次相连的：流量计、球阀、卸荷阀、过滤器、等离子体发生装置、减压阀和等离子源。空气电极为多层复合结构，每层包括依次排列的厚度为0.5‑1.5mm的催化层、集流体以及防水透气层，其中催化层包含锰氧化物催化剂。本实用新型专利技术能够显著提高金属空气电池的放电性能，所制备的铝空气电池正极具有催化活性高、制备工艺简单、能耗低、价格低廉。

A Device for Preparing Manganese Oxide Catalysts for Air Electrodes

【技术实现步骤摘要】
制备用于空气电极的锰氧化物催化剂的装置本申请是由专利申请号为：201820354849.2，专利申请名称为：“铝空气电池用空气电极及其制备装置”，专利申请人为：上海交通大学，专利申请日为：2018年3月15日的专利分案申请。
本技术涉及的是一种金属空气电池领域的技术，具体是一种制备用于铝空气电池用空气电极的锰氧化物催化剂的装置。
技术介绍
铝资源是地球上储量极丰富的金属元素，围绕金属铝的储能属性和放电规律以及废杂铝的无害化处理等成为目前铝空气电池的研究热点，铝空气电池正极以氧气为活性物质，因此制约铝空气电池发展的关键之一是氧气还原催化剂，目前寻找价格低廉、资源丰富以及高催化活性的催化剂成为铝空气电池的研究热点。贵金属铂(Pt)是公认的性能良好的氧气还原催化剂，然后由于其价格昂贵，大大限制了其商业化。开发高效价格低廉的非贵金属催化剂是金属空气电池发展的必由之路。经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN202205866U，公开了一种具有高能效模式的金属-空气电化学电池，包括：多个电极，其包括包括金属燃料的燃料电极和用于暴露于氧气源的空气电极；中国专利文献号CN2303390Y，公开了一种外氧式圆柱锌空气电池。但现阶段空气电极的性能优于催化剂制备设备的限制而无法发挥出最大效能。
技术实现思路
本技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种制备用于空气电极的锰氧化物催化剂的装置，本技术能够显著提高金属空气电池的放电性能，铝空气电池正极具有催化活性高、制备工艺简单、能耗低、价格低廉。本技术是通过以下技术方案实现的：本技术包括：依次相连的：流量计、球阀、卸荷阀、过滤器、等离子体发生装置、减压阀和等离子源。所述的空气电极，为多层复合结构，每层包括依次排列的厚度为0.5-1.5mm的催化层、集流体以及防水透气层，其中催化层包含锰氧化物催化剂。本技术涉及一种铝空气全电池，包括作为正极的上述空气电极和作为负极的铝合金电极，具有很强的催化能力，所组装的铝空气电池电流密度可高达400mAcm-2，最高功率密度可达250mWcm-2。技术效果与现有技术相比，本技术制备得到的催化剂含有大量氧缺陷以及边缘，具有较多的催化中心，其氧还原性能优异。氧还原的电流密度大幅增加，氧还原电位正移，稳定性好。实验结果表明，在合适的等离子体条件下处理得到的氧化锰催化剂较未处理的氧还原性能大大提升。本技术所述的空气电极应用在铝空气电池中具有很好的放电性能。在较大的电流密度下，能够输出较高的工作电压，而且催化中的氧缺陷稳定，随着放电的进行结果不会发生明显变化，循环稳定性好，使用寿命长等。附图说明图1为本技术示意图；图中：1流量计、2球阀、3卸荷阀、4过滤器、5等离子体发生装置、6减压阀、7等离子源；图2为实施例制备的二氧化锰催化剂的透射电镜图；图3为实施例中制备的二氧化锰催化剂的氧还原催化性能图；图4、图5、图6为实施例制备的二氧化锰空气电极恒电流密度80mAcm-2放电性能图。具体实施方式本实施例采用图1所示装置，包括依次相连的：流量计1、球阀2、卸荷阀3、过滤器4、等离子体发生装置5、减压阀6和等离子源7。本实施例涉及的一种铝空气电池用空气电极，为多层复合结构，每层包括依次排列的催化层、集流体以及防水透气层。所述的催化层包含锰氧化物催化剂，通过图1所示装置制备得到，具体操作步骤如下：步骤1)称取高锰酸钾，硫酸钾和硫代硫酸钾置于烧杯中加入蒸馏水并搅拌成均匀溶液，将溶液置于晶化釜中，140℃保持24hrs，蒸馏水多次洗涤，然后在干燥箱中60℃干燥12hrs，制备得到纳米二氧化锰。步骤2)将二氧化锰纳米粉末置于等离子体装置中(图1所示)，等离子体发生装置功率为200W，氩气氛围气压为120Pa，常温下处理5min，得到富含大量氧空位和边缘的二氧化锰催化剂，如图2所示。所制备的等离子体处理的二氧化锰催化剂与未采用等离子体处理的二氧化锰催化剂，对于氧还原反应具有更高的电流密度和更正的还原电位，即具有更佳的催化性能，如图3所示。步骤3)称取物料制备催化层、乙炔黑、步骤2制备得到的催化剂、聚四氟乙烯乳液；称取物料制备防水透气层、乙炔黑、造孔剂、聚四氟乙烯乳液。步骤4)以乙醇为溶剂分别将固体粉末搅拌均匀，然后加入称好的聚四氟乙烯乳液，搅拌分散均匀。步骤5)上述物料在辊压机下反复滚压成型，制备厚度为0.5-1.5mm的膜。步骤6)在压力为15kgf/cm2，温度为30℃下，将制备的催化层和防水透气层与镀镍铜网压制在一起，然后烘干去除多余溶剂。在温度240℃下，热处理3hrs得到空气电极。步骤7)采用上述技术得到的空气正极，与铝合金负极组装了铝空气全电池。电池采用80mA/cm2的恒流放电，从图4中可以看到，放电电压平稳且稳定在1.42V。上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本技术原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本技术的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本技术之约束。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备用于空气电极的锰氧化物催化剂的装置，其特征在于，包括依次相连的：流量计、球阀、卸荷阀、过滤器、等离子体发生装置、减压阀和等离子源；所述的空气电极为多层复合结构，每层包括依次排列的厚度为0.5‑1.5mm的催化层、集流体以及防水透气层，其中催化层包含锰氧化物催化剂；所述的等离子体发生装置功率为200W，氩气氛围气压为120Pa。

【技术特征摘要】
1.一种制备用于空气电极的锰氧化物催化剂的装置，其特征在于，包括依次相连的：流量计、球阀、卸荷阀、过滤器、等离子体发生装置、减压阀和等离子源；所述的空气电极为多层复合结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：付超鹏，蒋敏，张佼，孙宝德，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：新型
国别省市：上海,31