一种锌空气电池电催化剂，其通式为Ａ↓［１－ｘ］Ｂ↓［ｘ］Ｃ↓［１－ｙ］Ｄ↓［ｙ］Ｏ↓［３］，式中，Ａ是稀土金属元素；Ｂ是碱土金属元素；Ｃ与Ｄ表示不同或者相同的过渡金属元素；０≤ｘ≤１，０≤ｙ≤１，所述电催化剂的晶态结构为钙钛矿型晶态结构。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
锌空气电池电催化剂及其制备方法 一、
本专利技术涉及一种用作锌空气电池电催化剂的钙钛矿型晶态结构的金属复合氧化物及其制备方法，属于化学电源领域。 二、
技术介绍
锌空气电池是以空气中的氧气为正极活性物质，金属锌为负极活性物质，在电催化剂的催化作用下，氧与锌发生反应而放出电能的一种电池。因为空气是不占电池的体积和重量的，所以该电池具有很高的比能量(是同型号碱性锌锰电池的3-4倍，同型号锌锰干电池的7-8倍)，能最大限度地利用锌资源，符合我国可持续发展战略的要求。锌空气电池具有容量大、比能量高、放电性能平稳、原材料便宜易得、生产和使用过程均无环境污染等特点，被称之为“面向21世纪的绿色电源”。作为一种先进的电源产品，锌空气电池具有很高的性能价格比，将可望成为飞速发展的便携式电子电器设备的最佳配套电源，具有广阔的市场前景。但是，由于迄今仍缺乏合适的空气扩散电极电催化剂，使锌空气电池的放电电流密度偏小，从而大大地限制了锌空气电池的应用领域和实用化步伐。曾被作为锌空气电池空气扩散电极电催化剂来进行研究的材料主要有贵金属Pt(详见美国专利4379772)、Ag、金属鳌合物、锰氧化物(详见美国专利6368365)、尖晶石型金属氧化物(详见中国专利01107488.4)等。然而，上述
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存在如下问题：1.贵金属Pt和Ag作为空气扩散电极电催化剂具有很高的电催化活性，但是贵金属资源较少，价格比较昂贵，性能价格比较低，不适用于进行大规模工业化生产。-->2.锰氧化物(主要是二氧化锰)价格低廉、丰富易得，是目前唯一已被实用化批量生产的扣式锌空气电池使用的电催化剂。但是其催化活性太低，单位面积的放电电流密度太小，还不能满足常用较大功率电子电器工作电流的要求。3.虽然尖晶石型晶态结构金属氧化物电催化剂的初始催化活性较高，但是其化学稳定性不太好，所得电池贮存一段时间后，放电的极化程度明显增加，工作寿命较短。4.虽然金属螯合物有较高的电催化活性，但其制作工艺比较复杂，结构和质量都难以控制，因此也难以应用于锌空气电池的大规模工业化生产。5.除了贵金属Pt外，上述
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的所有其他电催化剂对于氧析出反应的催化活性均较低，而且用其作为双功能电催化剂所制作的双功能空气扩散电极的寿命相对都较短。 三、
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对锌空气电池现有
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所存在的问题，提供一种锌空气电池电催化剂。本专利技术的目的还在于提供所述锌空气电池电催化剂的制备方法。本专利技术锌空气电池电催化剂的通式为A1-xBxC1-yDyO3，式中，A代表稀土金属元素；B代表碱土金属元素；C与D代表不同或者相同的过渡金属元素；0≤x≤1，0≤y≤1。该电催化剂的晶态结构为钙钛矿型晶态结构。本专利技术锌空气电池的电催化剂是采用溶胶凝胶法合成具有钙钛矿型晶态结构的金属复合氧化物电催化剂的。该制备方法的具体步骤如下：——按照钙钛矿型晶态结构金属复合氧化物的化学计量摩尔比A∶B∶C∶D＝0-1.00∶1.00-0∶0-1.00∶1.00-0称取各金属元素的可溶性金属盐(注：硝酸盐、醋酸盐或草酸盐中的一种或一种以上的混合物)，加入去离子水配成饱和水溶液。其中，稀土金属元素A为镧(La)、铈(Ce)或镨(Pr)；碱土金属元素B为钙(Ca)、锶(Sr)或钡(Ba)；过渡金属元素C为铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)或铜(Cu)；过渡金属元素D为铁(Fe)、钴(Co)、-->镍(Ni)、锰(Mn)或铜(Cu)。——在上述反应体系中加入有机酸(注：酒石酸、柠檬酸、苹果酸或乙二胺四乙酸中的一种或一种以上的混合物)和多元醇(注：乙二醇或丙三醇中的一种或一种以上的混合物)，用氨水调节反应体系的pH为1-6。其中，有机酸、多元醇与金属离子总和的摩尔比为1.5-2.5∶3.5-4.5∶1.0。——将反应体系放在恒温水浴中于50-90℃下脱水得到溶胶，继续脱水形成湿凝胶，继而在100-200℃下对湿凝胶进行加热干燥1-10小时得到蜂窝状的于凝胶，最后在空气气氛中于400-1000℃下对干凝胶进行热处理0.5-10小时，然后随炉冷却至室温，便得到具有钙钛矿型晶态结构的电催化剂。结构分析：采用日本生产的理学D/Max-IIIA型X射线衍射(XRD)仪对制备所得催化剂的晶态结构进行分析，CuKa靶，电压为30Kv，电流为30mA，扫描范围为2θ＝10°～75°。分析结果表明，所得电催化剂具有钙钛矿型晶态结构。空气扩散电极的制备：将乙炔黑和造孔剂用酒精混和均匀，加入聚四氟乙烯乳液，不断搅拌，使之分散均匀，经凝聚后辊压得到防水透气膜；将催化剂、活性炭用酒精混和均匀，加入聚四氟乙烯乳液，不断搅拌，使之分散均匀，经凝聚后辊压得到催化膜。将防水透气膜、催化膜与金属集流体(镍网等)叠加在一起进行辊压成型，便得到空气扩散电极。稳态电流—电压极化曲线的测试：通过稳态电流—电压极化曲线来测试电催化剂的电催化活性。在室温常压下，采用上海产的CHI660a电化学工作站，以空气扩散电极为工作电极，Hg/HgO电极为参比电极，镍网为对电极，6Mol/L的KOH水溶液为电解液，用三电极测试体系对电催化剂的电催化活性进行稳态电流—电压极化曲线测试。本专利技术的锌空气电池用钙钛矿型晶态结构的金属复合氧化物电催化剂及其制备方法，与
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的相比较具有如下优点：1.所得电催化剂的电催化活性高、化学稳定性好、寿命长，不仅对氧的还原有很高的电-->催化活性，而且对氧的析出也同样有很高的电催化活性，是一种双功能电催化剂；2.该制备方法可以实现电催化剂产物中微量元素的均匀掺杂，在较短的时间内获得在分子水平上结构均匀一致的产物；3.反应体系中的化学反应容易进行，催化剂的热处理温度较低、热处理时间较短，所得产物的纯度较高、粒度分布较窄；4.反应过程和溶胶凝胶的微观结构都易于控制，副反应较少，产物的转化率较高，使产物的质量和生产效率都较高。 四、附图说明图1为本专利技术与现有
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的电催化剂所制得空气扩散电极的稳态电流—电压极化曲线的对比图。图1中各编号所代表的意义如下：a-以本专利技术所得钙钛矿型晶态结构金属复合氧化物为电催化剂的空气扩散电极的稳态电流—电压极化曲线；b-以电解二氧化锰为电催化剂的空气扩散电极的稳态电流—电压极化曲线；c-以尖晶石型晶态结构金属氧化物为电催化剂的空气扩散电极的稳态电流—电压极化曲线；图2为本专利技术所得电催化剂的X射线衍射(XRD)分析图谱。经过检索核对标准谱图，证明，所得电催化剂的晶态结构为钙钛矿型晶态结构。 五、具体实施方式以下结合实施例对本专利技术作进一步描述，但不局限于实施例。实施例1电催化剂的制备：按化学计量摩尔比La∶Mn＝1.0∶1.0称取La(NO3)3·6H2O和Mn(CH3COO)2，加入去离子水配成饱和水溶液，然后按酒石酸∶乙二醇∶金属离子总和＝1.5∶-->3.5∶1.0在上述反应体系中加入酒石酸和乙二醇，用氨水调节反本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1、一种锌空气电池电催化剂，其通式为A1-xBxC1-yDyO3，式中，A是稀土金属元素；B是碱土金属元素；C与D表示不同或者相同的过渡金属元素；0≤x≤1，0≤y≤1，所述电催化剂的晶态结构为钙钛矿型晶态结构。2、根据权利要求1所述的锌空气电池电催化剂，其特征在于所述稀土金属元素A是镧、铈、或镨；碱土金属元素B是钙、锶、或钡；过渡金属元素C是铁、钴、镍、锰、或铜；过渡金属元素D是铁、钴、镍、锰、或铜。3、权利要求1所述的锌空气电池电催化剂的制备方法，其特征在于采用溶胶凝胶法合成具有钙钛矿型晶态结构的金属复合氧化物电催化剂，包括如下步骤：(1)按照钙钛矿型晶态结构金属复合氧化物的化学计量摩尔比A∶B∶C∶D＝0-1.00∶1.00-0∶0-1.00∶1.00-0称取所述金属元素的硝酸盐、醋酸盐、草酸盐中的一种或一种以上的混合物，加入去离子水配...
【专利技术属性】
技术研发人员：周震涛，于东生，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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