一种铝空气电池阴极催化剂的制备方法与电池装置制造方法及图纸

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，其包括以下步骤：按照通式Li

【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与电池装置


[0001]本专利技术属于铝空气电池阴极催化剂应用
，具体涉及一种铝空气电池阴极催化剂的制备方法与电池装置。

技术介绍

[0002]铝空气电池是一种适用于电车的无需电网电力供给的兴起的清洁能源技术，其理论容量为2980 mAg g
‑1，理论能量密度高达8100 Wh kg
‑1。不过，铝空气电池空气阴极发生的氧还原反应（oxygen reduction reaction，ORR）动力学极为缓慢，这也是其现阶段大规模产业化的重大阻碍之一。贵金属铂基材料被认为能有效降低ORR体系的反应能垒，具有高效的催化ORR的本征活性，但其铂基材料因为分布稀缺、应用在生产中需要支付高昂的催化剂费用。硒化钴是一种相对价廉的催化剂，但其对ORR的本征活性与贵金属铂基材料仍有一定差距，仅实现“降本”但不能达到“增效”。通过对硒化钴材料进行电子调控，则有希望获得高ORR本征活性的催化剂，有推动铝空气电池应用作为下一代清洁能源的发展。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的一些不足，本专利技术提供一种铝空气电池阴极催化剂的制备方法。该方法操作简单，耗时短，通过引入锂元素对硒化钴进行电子调控，提高其催化ORR活性并且应用在铝空气电池阴极有优异的性能。
[0004]本专利技术所采取的技术方案是：一种铝空气电池阴极催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）按照通式Li
x
Co1‑
x
Se分别称取钴盐、锂盐和亚硒酸钠加入到去离子水并超声使之均匀分散，再加入乙炔黑、水合联氨溶液，继续超声，得混合前驱体液体；（2）将前驱体液体其转移到反应釜中，并置于烘箱进行加热，反应后过滤、用去离子水进行洗涤，干燥过夜得前驱物；（3）将前驱物转移到刚玉瓷舟，而后在氩气或者氮气保护气氛中进行热处理可得铝空气电池阴极催化剂。
[0005]步骤（1）中所述钴盐为六水合氯化钴，四水合乙酸钴，六水合硝酸钴，碳酸钴水合物，无水硫酸钴，七水合硫酸钴中的一种或多种；所述锂盐为二水合醋酸锂、硝酸锂、碳酸锂、一水合硫酸锂和氯化锂中的一种或多种；优选地，所述步骤（1）中钴盐为六水合氯化钴；优选地，所述步骤（1）中锂盐为氯化锂；优选地，所述步骤（1）中亚硒酸钠的用量为钴盐和锂盐用量的总和；优选地，所述步骤（2）中加热的反应温度140℃、反应时间16 h；优选地，所述步骤（3）中热处理具体操作为：以5℃ min
‑1的升温速率升温到600℃，并维持1 h。
[0006]本专利技术另一方面提供了一种根据上述方法所制备的铝空气电池阴极催化剂。
[0007]本专利技术再一方面还提供了一种采用如上所述铝空气电池阴极催化剂的铝空气电池装置。
[0008]本专利技术的有益效果是：本专利技术在高导电性的乙炔黑表面修饰硒化钴，并通过引入少量低价态的锂离子对硒化钴内部电子结构进行调控，将结构中部分二价钴离子诱导到更有利于催化ORR的三价化学价态，将所制备的铝空气电池阴极催化剂应用在碱性铝空气电池阴极中，其开路电位高达1.71 V，最大功率密度也达到了135.0 mW cm
‑2。
附图说明
[0009]图1为实施例1～4与对比例1用于铝空气电池阴极开路电位曲线。
[0010]图2为对比例1用于铝空气电池阴极的放电曲线及功率密度。
[0011]图3为实施例1用于铝空气电池阴极的放电曲线及功率密度。
[0012]图4为实施例1的结构表征X射线衍射图。
具体实施方式
[0013]下面通过实施例更详细地描述本
技术实现思路
，但并不作为对本专利技术的限定。
[0014]实施例1一种铝空气电池阴极催化剂，其制备方法包括以下步骤：（1）称取150 mg乙炔黑、1.5 mmol六水合氯化钴、0.03 mmol氯化锂和1.53 mmol亚硒酸钠，加入到60 mL去离子水并超声0.5 h使之均匀分散，再加入8 mL50%的水合联氨溶液，继续超声0.5 h，后将其转移到反应釜中，并置于烘箱中进行反应温度140℃、反应时间16 h的水热反应，反应后过滤、用600 mL去离子水进行洗涤，而后在50℃烘箱中干燥过夜；（2）将步骤（1）中干燥后样品转移到刚玉瓷舟，而后在氮气保护气氛中，以5℃ min
‑1的升温速率升温到600℃并维持1 h进行热处理可得铝空气电池阴极催化剂，标记为Li
x
Co1‑
x
Se
‑
AC。
[0015]实施例2步骤（1）中加入0.01 mmol氯化锂和1.51 mmol亚硒酸钠；其他制备过程与参数与实施例1相同；标记为Li
x
Co1‑
x
Se
‑
AC1。
[0016]实施例3步骤（1）中加入0.02 mmol氯化锂和1.52 mmol亚硒酸钠；其他制备过程与参数与实施例1相同；标记为Li
x
Co1‑
x
Se
‑
AC2。
[0017]实施例4步骤（1）中加入0.04 mmol氯化锂和1.54 mmol亚硒酸钠；其他制备过程与参数与实施例1相同；标记为Li
x
Co1‑
x
Se
‑
AC3。
[0018]对比例1步骤（1）不加入氯化锂，且加入的亚硒酸钠为1.50 mmol；其他制备过程与参数与实施例1相同；标记为CoSe
‑
AC。
[0019]实施例5一种铝空气电池装置。电池采用单室反应器，阳极为铝6063箔片，使用前用砂纸打
磨其两边表面的氧化层，电解液为3 M的氢氧化钾溶液；阴极基底为河森HCP330P疏水碳布，催化剂的负载量为3 mg/cm2，所使用的粘合剂为体积比1:4的萘酚/异丙醇的混合溶液；阴极接触空气面再套一层聚二甲基硅氧烷防水扩散层。分析所得铝—空气电池开路电位、放电曲线以及功率密度，其结果如图1～3所示。
[0020]图1开路电位结果显示，随着前驱物中锂元素的占比的增加，锂钴硒化物复合碳阴极铝空气电池的开路电位先是呈现出增长的趋势：当前驱物钴锂比为150:1，Li
x
Co1‑
x
Se
‑
AC1阴极铝空气电池的开路电位为1.64 V；当前驱物钴锂比为150:2和50:1时，Li
x
Co1‑
x
Se
‑
AC2和Li
x
Co1‑
x
Se
‑
AC阴极铝空气电池的开路电位分别为1.67 V和1.71 V。但是，进一步增加当前驱物锂元素的占比，Li
x
Co1‑
x
Se
‑
AC3阴极铝空气电池的开路电位下降到1.68 V，由此可判断出过多的锂元素的引入反而不能实现最优的锂掺杂硒化钴活性位。另外，所有制备的锂钴硒化物复合碳阴极钴空电池的开路电位均高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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，包括以下步骤：（1）按照通式Li
x
Co1‑
x
Se分别称取钴盐、锂盐和亚硒酸钠加入到去离子水并超声使之均匀分散，再加入乙炔黑、水合联氨溶液，继续超声，得混合前驱体液体；（2）将前驱体液体其转移到反应釜中，并置于烘箱进行加热，反应后过滤、用去离子水进行洗涤，干燥过夜得前驱物；（3）将前驱物转移到刚玉瓷舟，而后在氩气或者氮气保护气氛中进行热处理可得铝空气电池阴极催化剂；步骤（1）中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文山，邱银忠，张娜，李锋，邹新伟，王领，
申请(专利权)人：广东科学中心，
类型：发明
国别省市：