碳载银催化剂及其制备方法、空气电极和金属燃料电池技术

本发明专利技术提供了碳载银催化剂及其制备方法、空气电极和金属燃料电池。制备碳载银催化剂的方法包括：将导电碳材料、载体和还原剂混合，并研磨，得到混合物；将混合物与硝酸银溶液混合并搅拌，得到催化剂前驱体；将催化剂前驱体在预定温度下烘烤，得到碳载银催化剂。制备的碳载银催化剂具有较高的催化活性，且性质稳定，不易变性，使用寿命较长，可以解决过渡金属催化剂活性低、易变性的问题；银直接负载在载体、导电碳材料的表面上的银呈中空的镂空团簇结构，可以大幅度增加催化剂的比表面积，进而提高催化剂的导电率、催化活性和利用率；本申请中将银负载在载体上，可以大大减少银的使用量，进而降低催化剂的制作成本。进而降低催化剂的制作成本。进而降低催化剂的制作成本。

【技术实现步骤摘要】
碳载银催化剂及其制备方法、空气电极和金属燃料电池


[0001]本专利技术涉及金属燃料电池，具体的，涉及碳载银催化剂及其制备方法、空气电极和金属燃料电池。

技术介绍

[0002]金属燃料电池是一种将储存于金属(如镁，铝，锌等金属)内的化学能直接转换为电能的发电装置，其具有比能量高、使用寿命长、搁置无自放电等优点，是一种绿色环保的新能源。金属燃料电池一般由空气电极(正极)，金属电极(负极)和电解液组成，其中空气电极是金属燃料电池的核心，其性能直接关系到整个电池的放电倍率和使用寿命。氧还原催化剂是制备空气电极的核心材料，其性能和稳定性则直接决定着空气电极性能的优劣。目前适用于金属燃料电池的氧还原催化剂较多，主要包括贵金属催化剂(铂、铂合金、银)、过渡金属氧化物(锰氧化物)和钙钛矿型氧化物等。
[0003]贵金属催化剂具有较高的催化活性，但若直接使用贵金属催化剂制备空气电极，则需要添加大量的贵金属才能表现出较高的催化活性，如此导致空气电极的价格十分高昂；过渡金属氧化物其催化活性有限，且过渡金属氧化物的稳定性较差，催化作用较大的很多是多价态化合物，在使用过程中价态容易发生变化，导致其催化活性降低，使用过渡金属催化剂制备的空气电极，其放电性能衰减较快，难以满足工业化需求；钙钛矿型氧化物虽然具有较高的催化活性，但是其制备工艺难复杂，过程控制比较困难，难以实现大规模生产，且生产制造成本也较高，所以目前也很难大规模应用到金属燃料电池中。
[0004]因此，关于制备空气电极的氧还原催化剂的研究有待深入。
专利技术内容
[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种制备碳载银催化剂的方法，该方法制备的碳载银催化剂的催化活性较高、制作成本较低或性质稳定。
[0006]在本专利技术的一方面，本专利技术提供了一种制备碳载银催化剂的方法。根据本专利技术的实施例，制备碳载银催化剂的方法包括：将导电碳材料、载体和还原剂混合，并研磨，得到混合物；将所述混合物与硝酸银溶液混合并搅拌，得到催化剂前驱体；将所述催化剂前驱体在预定温度下烘烤，得到所述碳载银催化剂。由此，被还原剂还原的银可呈团簇状态负载在载体、导电碳材料上，保证碳载银催化剂具有较高的表面积，即可以保持碳载银催化剂较高的催化活性，且性质稳定，不易变性，使用寿命较长，可以解决过渡金属催化剂活性低、易变性的问题；而且银直接负载在载体、导电碳材料的表面上的银呈现中空的镂空团簇结构，可以大幅度增加催化剂的比表面积，进而提高催化剂的导电率、催化活性和利用率；另外，相比直接使用贵金属的技术方案，本申请中将银负载在载体上，可以大大减少银的使用量，进而降低催化剂的制作成本。
[0007]根据本专利技术的实施例，所述载体满足以下条件至少之一：所述载体为二氧化钛、氧
化铈和氧化锆中的至少一种；所述载体的平均粒径为0.1微米～50微米。
[0008]根据本专利技术的实施例，所述还原剂满足以下条件至少之一：所述还原剂为Al粉、Zn粉和Mg粉中的至少一种；所述还原剂的平均粒径为1微米～100微米之间。
[0009]根据本专利技术的实施例，所述硝酸银溶液的浓度为1g/L
‑
200g/L。
[0010]根据本专利技术的实施例，所述硝酸银和所述还原剂摩尔比为0.6～1:0.6～1。
[0011]根据本专利技术的实施例，所述导电碳材料、所述载体和所述还原剂的质量比例可为1：0.2～1：0.3～0.7。
[0012]根据本专利技术的实施例，所述预定温度为50℃～120℃。
[0013]在本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种碳载银催化剂。根据本专利技术的实施例，碳载银催化剂是由前面所述的方法制备得到的。由此，该碳载银催化剂较高的催化活性，且性质稳定，不易变形，使用寿命较长；而且，催化剂的比表面积较高，进而可以提高催化剂的导电率和利用率；另外，相比直接使用贵金属的技术方案，本申请中将银负载在载体上，可以大大减少银的使用量，进而降低催化剂的制作成本。
[0014]在本专利技术的又一方面，本专利技术提供了一种空气电极，根据本专利技术的实施例，包括依次层叠设置的催化层、第一防水层、集流体和第二防水层，其中，所述催化层的材料包括前面所述的碳载银催化剂。由此，该空气电极的导电率较高，性能稳定，成本较低，使用性能较佳。本领域技术人员可以理解，该空气电极具有前面所述的碳载银催化剂及其制备方法的所有特征和优点，在此不再过多的赘述。
[0015]在本专利技术的又一方面，本专利技术提供了一种金属燃料电池。根据本专利技术的实施例，金属燃料电池包括前面所述的空气电极。由此，该金属燃料电池的比能量高、使用寿命长、等优点。本领域技术人员可以理解，该空气电极具有前面所述的空气电极的所有特征和优点，在此不再过多的赘述。
附图说明
[0016]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0017]图1是本专利技术一个实施例中制备碳载银催化剂的方法流程图；
[0018]图2是本专利技术实施例1中制备的碳载银催化剂的SEM图；
[0019]图3是本专利技术实施例1中制备的碳载银催化剂的SEM图；
[0020]图4是本专利技术实施例1中制备的碳载银催化剂的XRD谱图；
[0021]图5是本专利技术实施例2中金属燃料电池装置的示意图；
[0022]图6是本专利技术实施例2中金属燃料电池的空气电极的放电曲线示意图。
具体实施方式
[0023]下面将结合实施例对本专利技术的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限定本专利技术的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0024]在本专利技术的一方面，本专利技术提供了一种制备碳载银催化剂的方法。根据本专利技术的
实施例，参照图1，制备碳载银催化剂的方法包括：
[0025]S100：将导电碳材料、载体和还原剂混合，并研磨，得到混合物。在该步骤中，通过研磨可以使得导电碳材料、还原剂和载体均匀混合，且有助于后续产生的银具有很好的分散性，进而保证混合物中各个物质的均匀性。
[0026]根据本专利技术的实施例，导电炭材料可以为乙炔黑、炭黑、活性炭、石墨，石墨烯中的一种或者多种。在一些优选实施例中，导电碳材料可以为乙炔黑和/或炭黑。上述材料的导电性好，来源广泛，成本较低。
[0027]根据本专利技术的实施例，所述载体满足以下条件至少之一：
[0028]所述载体为二氧化钛、氧化铈和氧化锆中的至少一种，上述几种载体材料性质稳定，可以很好的将银均匀性分散开来，且上述载体材料与银结合之后，两者之间的结合也较佳，可以保持长时间的稳定性；而且，上述载体在一定程度上能够减缓镂空银粉团簇的催化活性的降低，进而有助于提高产品碳载银催化剂的催化活性。
[0029]所述载体的平均粒径本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备碳载银催化剂的方法，其特征在于，包括：将导电碳材料、载体和还原剂混合，并研磨，得到混合物；将所述混合物与硝酸银溶液混合并搅拌，得到催化剂前驱体；将所述催化剂前驱体在预定温度下烘烤，得到所述碳载银催化剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述载体满足以下条件至少之一：所述载体为二氧化钛、氧化铈和氧化锆中的至少一种；所述载体的平均粒径为0.1微米～50微米。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原剂满足以下条件至少之一：所述还原剂为Al粉、Zn粉和Mg粉中的至少一种；所述还原剂的平均粒径为1微米～100微米之间。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硝酸银溶液的浓度为1g/L
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伊玲，陈迁，顾玉运，于瀚文，
申请(专利权)人：湖北劲铝新源电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：