一种熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂及其应用制造技术

本发明专利技术涉及的是一种熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂及其应用，其中熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂通过以下方法制备而成:一、将硝酸锰、硝酸镍和硝酸镧溶于蒸馏水中，搅拌混合均匀成硝酸盐前体溶液；将十六烷基三甲基溴化铵溶解溶于蒸馏水中，搅拌制备成胶束液，然后在搅拌下将胶束液加入到硝酸盐前体溶液中，最后加入尿素，得到混合溶液；二、将混合溶液和裁剪好的泡沫镍进行水热反应，得到负载有电催化剂前体的泡沫镍；步骤三：负载有电催化剂前体的泡沫镍700℃煅烧6h，最终制得NiMnO

A bifunctional electrocatalyst for molten iron air battery cathode and its application

【技术实现步骤摘要】
一种熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂及其应用一、
：本专利技术涉及的是铁空电池催化剂
，具体涉及的是一种熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂及其应用。二、
技术介绍
：熔盐铁空气电池是一种利用高温熔盐为电解质实现储能的电池技术，作为一种清洁能源，具有高比能量；此外，铁资源丰富，廉价、无毒，不同于锂、锌等金属电极，铁电极在充放电过程没有枝晶生成，寿命长，比金属锂、钠更安全；铁具有多电子的高储电能力（转移3个电子），远远大于单电子存储的锂离子电池储电能力，也远高于以Na-S和Na-NiCl2为代表的高温熔盐电池；熔盐铁空气电池可以直接在空气环境下工作，空气中的水分子对电池性能影响微乎其微，不用任何电池隔膜，简化了电池构造技术，其充放电电流强度远远高出常温电池储能技术，特别适合用于大规模电网储能和作为电动汽车的动力电源使用。在熔盐铁空气电池中，阴极电催化剂是核心组成部分，也是决定电池成本和性能的关键材料。近年来，研究表明NiO纳米晶、锂化NiO纳米晶、PdO修饰的NiO纳米晶和无定形MnO2-锂化NiO纳米片等熔盐铁空气电池阴极电催化剂具有良好的充放电性能，然而，由于熔盐电解质的高温具有腐蚀性环境，合成出稳定的催化氧气析出反应/氧气还原反应(ORR/OER)双功能电催化剂仍然具有挑战性。因此，开发一种结构和性能稳定的双功能电催化剂成为熔盐铁空气电池催化剂合成
有待解决的重要问题之一。三、
技术实现思路
：本专利技术的一个目的是提供一种熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂，这种熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂用于解决现有的熔盐铁空气电池电催化剂在高温熔盐环境下结构和性能还不够稳定的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：这种熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂为NiMnO3-La2O3熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂，具有催化OER/ORR双功能活性，在高温熔盐环境下具有稳定的类似于沙琪玛的形貌结构，能够为电极反应提供固-液-气三相区，由于NiMnO3-La2O3在高温下稳定，其使用前后其形貌和结构保持基本一致，电催化性能无衰减的倾向；其通过以下方法制备而成:步骤一：将硝酸锰、硝酸镍和硝酸镧溶于蒸馏水中，搅拌混合均匀成硝酸盐前体溶液，硝酸锰、硝酸镍和硝酸镧的摩尔比为1.5:1:2.5；将0.005-0.03mmol十六烷基三甲基溴化铵溶解溶于蒸馏水中，搅拌制备成胶束液，然后在搅拌下将制备的10-30ml胶束液加入到硝酸盐前体溶液中，最后加入20-80mmol尿素，得到混合溶液；步骤二：将步骤一获得的混合溶液加入到聚四氟乙烯衬里的水热反应釜中,再将裁剪好的泡沫镍放入其中，密封后在180oC下水热反应12h，然后自然冷却至室温后，取出泡沫镍，用蒸馏水反复冲洗后，再用无水乙醇冲洗，然后于60oC下真空干燥12h，得到负载有电催化剂前体的泡沫镍；步骤三：将步骤二得到的负载有电催化剂前体的泡沫镍置于电炉中，在空气气氛下于700℃煅烧6h，最终制得NiMnO3-La2O3熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂，负载有原位生长NiMnO3-La2O3的泡沫镍。优选的是上述方案步骤一中：将7.5mmol硝酸锰、5mmol硝酸镍和12.5mmol硝酸镧溶于50ml蒸馏水中，搅拌30min，将0.015mmol十六烷基三甲基溴化铵溶解溶于20ml蒸馏水中搅拌制备成胶束液，然后在搅拌下将制备的胶束液加入到硝酸盐前体溶液中，最后加入50mmol尿素，得到混合溶液。上述熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂在熔盐铁空气电池中应用，具体为：将负载有原位生长NiMnO3-La2O3的泡沫镍与镍丝压制在一起作为阴极，以铁片阳极集流体，加入熔盐电解质组装成熔盐铁空气电池。上述方案中熔盐电解质是向11.5mol%KCl–45mol%Li0.87Na0.63K0.50CO3–43.5mol%LiOH混合盐中添加0.5mol的Fe2O3/kg混合盐和3mol的NaOH/kg混合盐，混合均匀形成的。有益效果：1、本专利技术合成的双功能电催化剂在高温熔盐环境下结构和性能稳定，与现有的熔盐铁空气电池电催化剂相比，实现了在500℃下250次充放电循环使用后的催化剂晶粒没有变大，晶粒间空间结构基本没有变化，微观形貌和结构保持与使用前基本一致，电池充放电性能没有明显衰减，实现了在高温熔盐环境条件下的稳定的OER/ORR双功能活性，在熔盐铁空气电池上有广阔的应用前景。2、本专利技术的电催化剂采用水热法在泡沫镍上原位生长催化剂前体，然后经过焙烧而制备，制备方法简单、易操作、成本低、环境友好，整个制备过程不需要特殊设备，能进行大规模工业化生产。四、附图说明：图1为实施例所得的电催化剂NiMnO3-La2O3、对照例1和对照例2所得的电催化剂NiMnO3和La2O3的X射线衍射图谱；图2为实施例制得的电催化剂NiMnO3-La2O3的SEM图；图3为实施例所得的电催化剂NiMnO3-La2O3循环伏安法性能曲线；图4为实施例所得的电催化剂NiMnO3-La2O3充放电循环性能曲线；图5为实施例所得的电催化剂NiMnO3-La2O3充放电循环充电中压和放电中压曲线；图6为实施例所得的电催化剂NiMnO3-La2O3充放电循环库伦效率曲线；图7为实施例所得的电催化剂NiMnO3-La2O3典型充放电循环电压曲线；图8为实施例制得的电催化剂NiMnO3-La2O3在充放电循环后的SEM图。五、具体实施方式：下面结合附图对本专利技术做进一步的说明：实施例1：这种熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂为NiMnO3-La2O3熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂，具有催化OER/ORR双功能活性，在高温熔盐环境下具有稳定的类似于沙琪玛的形貌结构，能够为电极反应提供固-液-气三相区，由于NiMnO3-La2O3在高温下稳定，其使用前后其形貌和结构保持基本一致，电催化性能无衰减的倾向；其通过以下方法制备而成:将7.5mmol硝酸锰、5mmol硝酸镍和12.5mmol硝酸镧溶于50ml蒸馏水中，搅拌30min，将0.015mmol十六烷基三甲基溴化铵溶解溶于20ml蒸馏水中搅拌制备成胶束液，然后在搅拌下将制备的胶束液加入到硝酸盐前体溶液中，最后加入50mmol尿素；将混合溶液加入到聚四氟乙烯衬里的水热反应釜中，再将裁剪好的泡沫镍放入，在180oC下水热反应12h后，自然冷却至室温，取出泡沫镍，用蒸馏水反复冲洗后，再用无水乙醇冲洗，然后于60oC下真空干燥12h，最后采用电炉在空气气氛下于700℃煅烧6h，最终制得NiMnO3-La2O3熔盐铁空气电池阴极电催化剂。电催化剂的OER/ORR性能是以循环伏安曲线来评估，其电化学测试按以下步骤进行：将负载有NiMnO3-La2O3的泡沫镍裁剪成0.5cm×0.5cm与镍丝压制在一起作为工作电极，以铁片(2cm×2.5cm)阳极集流体为参比电极和对电极；向11.5mol%KCl本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂，其特征在于：这种熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂为NiMnO

【技术特征摘要】
1.一种熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂，其特征在于：这种熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂为NiMnO3-La2O3熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂，具有催化OER/ORR双功能活性，在高温熔盐环境下具有稳定的类似于沙琪玛的形貌结构，能够为电极反应提供固-液-气三相区，由于NiMnO3-La2O3在高温下稳定，其使用前后其形貌和结构保持基本一致，电催化性能无衰减的倾向；其通过以下方法制备而成:
步骤一：将硝酸锰、硝酸镍和硝酸镧溶于蒸馏水中，搅拌混合均匀成硝酸盐前体溶液，硝酸锰、硝酸镍和硝酸镧的摩尔比为1.5:1:2.5；将0.005-0.03mmol十六烷基三甲基溴化铵溶解溶于蒸馏水中，搅拌制备成胶束液，然后在搅拌下将制备的10-30ml胶束液加入到硝酸盐前体溶液中，最后加入20-80mmol尿素，得到混合溶液；
步骤二：将步骤一获得的混合溶液加入到聚四氟乙烯衬里的水热反应釜中,再将裁剪好的泡沫镍放入其中，密封后在180oC下水热反应12h，然后自然冷却至室温后，取出泡沫镍，用蒸馏水反复冲洗后，再用无水乙醇冲洗，然后于60oC下真空干燥12h，得到负载有电催化剂前体的泡沫镍；
步骤三：将步骤二得到的负载有电催化剂前体的泡沫镍置于电炉中，在空气气氛下于700℃煅烧6h，最终制得NiMnO3-La2O3熔盐铁空...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔宝臣，刘淑芝，刘先军，高晟尧，张志华，陈辉，孙婧，
申请(专利权)人：广东石油化工学院，
类型：发明
国别省市：广东;44