一种铝-空气电池阴极催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铝‑空气电池阴极催化剂的制备方法，包括将2‑甲基咪唑加入到N,N‑二甲基甲酰胺中，搅拌溶解后，将温度升至80～90℃搅拌，在搅拌过程中加入聚丙烯腈，在该温度下继续搅拌溶解，将其转移至注射器中，然后将高压电源调节至22～26kV，注射速度为0.9～1.3mL/h，注射距离为12～16cm，注射到凝固液中，得到前体；将前体捞出后将其加入到混合溶剂中，在40～50℃下超声分散，然后加入六水合硝酸锌和六水合硝酸钴，继续超声溶解，然后加入磁子缓慢搅拌，离心，过滤，得到前体II；将前体II加入到去离子水中，然后加入三氯化铁、尿素和壳聚糖，超声20～30min后静置2～3h，加入柠檬酸超声5～10min，再静置1～2h后过滤，在鼓风干燥箱中200～220℃下烘干，然后装入管式炉中，在氮气氛围下煅烧2～3h，得到所述催化剂。

【技术实现步骤摘要】
一种铝-空气电池阴极催化剂的制备方法
本专利技术属于催化剂
，具体涉及一种铝-空气电池阴极催化剂的制备方法。
技术介绍
随着电子设备飞速发展，金属空气电池由于其比能量高、环境友好、燃料运输安全、便于维护等优点受到广泛关注，如锂空气电池、锌空气电池、铝空气电池等。铝空气电池主要由铝阳极、空气阴极、电解质和集流体组成。空气阴极的反应物质为空气中的氧气，其中需包含催化剂以促进氧化还原及析氧反应的进行。催化剂主要有廉价催化剂(如MnO2)，贵金属催化剂(如Pt)、钙钛矿(如ABO3)和金属有机大环螯合物类催化剂(如MTAA)，其中应用较为广泛的是廉价催化剂MnO2。但是使用廉价催化剂的金属空气电池功率密度仅为50-70mW/cm2，而使用贵金属催化剂的电池功率密度可达100mW/cm2以上。但是贵金属催化剂价格高昂、稳定性差，很难满足商业化应用的需求。因此，需要一种价格低廉，稳定性高，催化效率的空气阴极催化剂。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。
技术实现思路
针对现有技术中铝-空气电池阴极催化剂催化性能差，循环稳定差等缺陷，本专利技术的目的是提供一种铝-空气电池阴极催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：S1：将2-甲基咪唑加入到N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌溶解后，然后将温度升至80～90℃搅拌，在搅拌过程中加入聚丙烯腈，在该温度下继续搅拌溶解，将其转移至注射器中，然后将高压电源调节至22～26kV，注射速度为0.9～1.3mL/h，注射距离为12～16cm，注射到凝固液中，得到前体。S2：将步骤S1中的前体捞出后将其加入到混合溶剂中，在40～50℃下超声分散，然后加入六水合硝酸锌和六水合硝酸钴，继续超声溶解，然后加入磁子缓慢搅拌2～4h，在转速为8000～12000rpm/min下离心10～15min，过滤得到前体II。S3：将前体II加入到去离子水中，然后加入三氯化铁、尿素和壳聚糖，超声20～30min后静置2～3h，加入柠檬酸超声5～10min，再静置1～2h后过滤，在鼓风干燥箱中200～220℃下烘干，然后装入管式炉中，在氮气氛围下以一定升温速率升至850～900℃煅烧2～3h，得到所述催化剂。作为优选方案，上述所述的凝固液为体积比为0.6:0.4的二甲亚砜和去离子水的混合溶剂。作为优选方案，上述步骤S1中所述的2-甲基咪唑、N,N-二甲基甲酰胺和聚丙烯腈的质量体积比为(1.2～2.5)g:(15～26)mL:(1.52～1.84)g。作为优选方案，上述步骤S2中所述的前体、六水合硝酸锌和六水合硝酸钴的质量比为(2.32～2.96):(0.94～1.32):(0.98～1.44)。作为优选方案，上述步骤S2中所述的混合溶剂为体积比(0.6～0.8):(0.4～0.6)的N,N-二甲基甲酰胺和甲醇的混合溶剂。作为优选方案，上述步骤S3所述的前体II、三氯化铁、尿素、壳聚糖和柠檬酸的质量比为(1.5～2.4):(0.62～0.75):(0.42～0.54):(0.63～0.76):(0.21～0.32)。作为优选方案，上述所述的煅烧时升温速率为1～2℃/min。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术中，将2-甲基咪唑和聚丙烯腈混合后利用高压纺丝在凝固液中得到纤维前体，然后利用将纤维前体浸泡在N,N-二甲基甲酰胺和甲醇的金属盐混合溶剂中，加热超声是前体纤维表面有部分溶解，其中的2-甲基咪唑配体和金属离子产生化学配位作用，得到一种“树枝状”的金属有机框架嵌在聚丙烯腈纤维前体上的纤维，然后再使用铁盐和尿素提供氮源进入到金属有机框架孔道内部，其中壳聚糖在柠檬酸的作用下形成一层保护膜，使得催化剂有更长的使用寿命。2、本专利技术中，采用金属有机框架材料ZIF-8具有高的比表面积，ZIF-67具有良好的导电性，因此催化剂具有较好的催化活性，同时本专利技术催化剂廉价，不适用贵金属具有较低的成本。附图说明图1为本专利技术实施例1制备铝-空气电池阴极催化剂的SEN图谱；具体实施方式下面对本专利技术实施例作具体详细的说明，本实施例在本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。实施例1一种铝-空气电池阴极催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：S1：将2-甲基咪唑加入到N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌溶解后，然后将温度升至80℃搅拌，在搅拌过程中加入聚丙烯腈，在该温度下继续搅拌溶解，将其转移至注射器中，然后将高压电源调节至22kV，注射速度为0.9mL/h，注射距离为12cm，注射到体积比为0.6:0.4的二甲亚砜和去离子水的凝固液中，得到前体；其中2-甲基咪唑、N,N-二甲基甲酰胺和聚丙烯腈的质量体积比为1.2g:15mL:1.52g。S2：将步骤S1中的前体捞出后将其加入到体积比0.6:0.4的N,N-二甲基甲酰胺和甲醇的混合溶剂中，在40℃下超声分散，然后加入六水合硝酸锌和六水合硝酸钴，继续超声溶解，然后加入磁子缓慢搅拌2h，在转速为8000rpm/min下离心10min，过滤得到前体II；其中前体、六水合硝酸锌和六水合硝酸钴的质量比为2.32:0.94:0.98。S3：将前体II加入到去离子水中，然后加入三氯化铁、尿素和壳聚糖，超声20min后静置2h，加入柠檬酸超声5min，再静置1h后过滤，在鼓风干燥箱中200℃下烘干，然后装入管式炉中，在氮气氛围下以升温速率1℃/min升至850℃煅烧2h，得到所述催化剂；其中前体II、三氯化铁、尿素、壳聚糖和柠檬酸的质量比为1.5:0.62:0.42:0.63:0.21。实施例2一种铝-空气电池阴极催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：S1：将2-甲基咪唑加入到N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌溶解后，然后将温度升至90℃搅拌，在搅拌过程中加入聚丙烯腈，在该温度下继续搅拌溶解，将其转移至注射器中，然后将高压电源调节至26kV，注射速度为1.3mL/h，注射距离为16cm，注射到体积比为0.6:0.4的二甲亚砜和去离子水的凝固液中，得到前体；其中2-甲基咪唑、N,N-二甲基甲酰胺和聚丙烯腈的质量体积比为2.5g:26mL:1.84g。S2：将步骤S1中的前体捞出后将其加入到体积比0.8:0.6的N,N-二甲基甲酰胺和甲醇的混合溶剂中，在50℃下超声分散，然后加入六水合硝酸锌和六水合硝酸钴，继续超声溶解，然后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝-空气电池阴极催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：/nS1：将2-甲基咪唑加入到N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌溶解后，然后将温度升至80～90℃搅拌，在搅拌过程中加入聚丙烯腈，在该温度下继续搅拌溶解，将其转移至注射器中，然后将高压电源调节至22～26kV，注射速度为0.9～1.3mL/h，注射距离为12～16cm，注射到凝固液中，得到前体；/nS2：将步骤S1中的前体捞出后将其加入到混合溶剂中，在40～50℃下超声分散，然后加入六水合硝酸锌和六水合硝酸钴，继续超声溶解，然后加入磁子缓慢搅拌2～4h，在转速为8000～12000rpm/min下离心10～15min，过滤得到前体II；/nS3：将前体II加入到去离子水中，然后加入三氯化铁、尿素和壳聚糖，超声20～30min后静置2～3h，加入柠檬酸超声5～10min，再静置1～2h后过滤，在鼓风干燥箱中200～220℃下烘干，然后装入管式炉中，在氮气氛围下以一定升温速率升至850～900℃煅烧2～3h，得到所述催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种铝-空气电池阴极催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1：将2-甲基咪唑加入到N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌溶解后，然后将温度升至80～90℃搅拌，在搅拌过程中加入聚丙烯腈，在该温度下继续搅拌溶解，将其转移至注射器中，然后将高压电源调节至22～26kV，注射速度为0.9～1.3mL/h，注射距离为12～16cm，注射到凝固液中，得到前体；
S2：将步骤S1中的前体捞出后将其加入到混合溶剂中，在40～50℃下超声分散，然后加入六水合硝酸锌和六水合硝酸钴，继续超声溶解，然后加入磁子缓慢搅拌2～4h，在转速为8000～12000rpm/min下离心10～15min，过滤得到前体II；
S3：将前体II加入到去离子水中，然后加入三氯化铁、尿素和壳聚糖，超声20～30min后静置2～3h，加入柠檬酸超声5～10min，再静置1～2h后过滤，在鼓风干燥箱中200～220℃下烘干，然后装入管式炉中，在氮气氛围下以一定升温速率升至850～900℃煅烧2～3h，得到所述催化剂。


2.根据权利要求1所述的一种铝-空气电池阴极催化剂的制备方法，其特征在于，所述的凝固液为体积比为0.6:0.4的二甲亚砜和去离子水的混合溶剂。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈艳，
申请(专利权)人：义乌市景麦新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33