一种用于锂二氧化碳电池正极催化剂的Ru-Cu非晶纳米合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于锂二氧化碳电池正极催化剂的Ru

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂二氧化碳电池正极催化剂的Ru
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Cu非晶纳米合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂二氧化碳电池
，具体涉及一种用于锂二氧化碳电池正极催化剂的Ru
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Cu非晶纳米合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂二氧化碳电池属于金属空气电池的一种类型，是一种新型的能源转换和储存器件。锂二氧化碳电池的原理是通过正极电极捕获空气中的二氧化碳温室气体作为反应物，并在电极表面与来自负极的金属Li发生氧化还原反应，同步实现二氧化碳气体的捕获与清洁能源输出。相比与传统的锂电池，新型锂二氧化碳电池能够提供更高的能量密度，延迟设备续航时间。另一方面，相对于传统的碳捕获技术，新型锂二氧化碳电池可以直接将二氧化碳温室气体转换为清洁电能，避免了其他中间转换步骤，大幅提高了碳捕获的效率。因此，锂二氧化碳电池被认为是下一大重点发展的新型清洁能源器件。
[0003]但是，就目前而言，锂二氧化碳电池的发展还处于初级阶段，还有许多科学问题亟待解决。例如，锂二氧化碳电池放电过程中会形成碳酸锂放电产物，碳酸锂是一种宽禁带的绝缘体，电化学氧化的分解动力学十分迟滞，导致锂二氧化碳电池的充电电压升高，严重影响锂二氧化碳电池的能量效率和使用寿命。

技术实现思路

[0004]解决的技术问题：针对上述技术问题，本专利技术提供了一种用于锂二氧化碳电池正极催化剂的Ru
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Cu非晶纳米合金及其制备方法，能大幅提高碳酸锂的分解速率，解决锂二氧化碳电池充电电压高，能量效率低等关键问题，达到提高锂二氧化碳电池充放电性能的目的。
[0005]技术方案：一种用于锂二氧化碳电池正极催化剂的Ru
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Cu非晶纳米合金，其形貌是厚度为5~100nm的片层状纳米结构。
[0006]Ru
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Cu非晶纳米合金的制备方法步骤如下：步骤1.前驱体溶液配制：将乙酰丙酮钌、乙酰丙酮铜和溴化钾溶解在乙醇和水的混合溶液中，完全溶解后得到淡红色状液体，其中，乙酰丙酮钌、乙酰丙酮铜和溴化钾的浓度分别为0.45~0.92g/L、0.3~0.6 g/L和2.14 g/L，混合溶液中乙醇和水的体积比为6 ：1；步骤2.干燥：将步骤1所得淡红色状液体在80~100 ℃，干燥8~16小时，得到固体粉末；步骤3.煅烧：将步骤2所得固体粉末在空气气氛下，260~280 ℃煅烧60~120分钟，随后自然冷却；步骤4.将步骤3所得物质经研磨、洗涤、干燥后即得所述Ru
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Cu非晶纳米合金。
[0007]优选的，所述步骤4中洗涤溶剂为乙醇水溶液。
[0008]Ru
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Cu非晶纳米合金在制备锂二氧化碳电池正极中的应用。
[0009]有益效果：本专利技术制备的双金属Ru
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Cu非晶纳米合金材料具有优异的催化活性和稳定性。作为锂二氧化碳电池正极催化剂时，能大幅提高碳酸锂的分解速率，解决锂二氧化碳电池充电电压高，能量效率低等关键问题，达到提高锂二氧化碳电池充放电性能的目的。如图3~5所示为本专利技术中所制备的基于Ru1Cu2、Ru1Cu1和Ru2Cu1非晶纳米合金的锂二氧化碳电池的充放电曲线图。根据充放电性能曲线可以看出，基于Ru1Cu2、Ru1Cu1和Ru2Cu1非晶纳米合金的锂二氧化碳电池的充电电压（500 mAh/g）分别降低至3.82, 3.75和3.89 V，相同条件下优于基于单金属Ru非晶纳米材料的锂二氧化碳电池的充电电压（3.93 V）（图6）。
附图说明
[0010]图1是实施例1~3中Ru1Cu2、Ru1Cu1和Ru2Cu1非晶纳米合金的XRD图；图2是基于Ru1Cu1非晶纳米合金的扫描电镜图；图3是基于Ru1Cu2非晶纳米合金的锂二氧化碳电池充放电曲线图；图4是基于Ru1Cu1非晶纳米合金的锂二氧化碳电池充放电曲线图；图5是基于Ru2Cu1非晶纳米合金的锂二氧化碳电池充放电曲线图；图6是基于单金属Ru非晶纳米材料的锂二氧化碳电池充放电曲线图。
具体实施方式
[0011]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述。
[0012]实施例1步骤1. 前驱体溶液配制：将乙酰丙酮钌、乙酰丙酮铜和溴化钾溶解在乙醇和水的混合溶液中，完全溶解后得到淡红色状液体，其中，乙酰丙酮钌、乙酰丙酮铜和溴化钾的浓度分别为0.45 g/L、0.6 g/L和2.14 g/L，混合溶液中乙醇和水的体积比为6 ：1步骤2.干燥：将步骤1所得淡红色状液体放入电热鼓风干燥箱中，在80 ℃，干燥12小时，得到固体粉末；步骤3.煅烧：将步骤2所得固体粉末放于磁舟，在空气气氛下，275 ℃煅烧90分钟，随后自然冷却至室温；步骤4.将步骤3所得物质研磨为细小粉末，然后用去离子水与乙醇的混合溶液多次洗涤，再经干燥后即得Ru1Cu2非晶纳米合金。
[0013]本实施例中得到的双金属Ru1Cu2非晶纳米合金材料的XRD如图1所示，没有观察到衍射特征峰，表明Ru1Cu2属于非晶态材料。将本实施例中的双金属Ru1Cu2非晶纳米合金材料作为正极催化剂并组装锂二氧化碳电池，得到的锂二氧化碳电池的充放电性能如图3所示。根据图3的测试结果可知，基于Ru1Cu2非晶纳米合金的锂二氧化碳电池的充电电压为3.82 V，相同条件下低于基于单金属Ru非晶纳米材料的锂二氧化碳电池的充电电压（3.93 V）（图6），表明Ru1Cu2非晶纳米合金能够显著提升碳酸锂的分解速率，提高锂
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二氧化碳电池的充放电性能。
[0014]实施例2步骤1. 前驱体溶液配制：将乙酰丙酮钌、乙酰丙酮铜和溴化钾溶解在乙醇和水的混合溶液中，完全溶解后得到淡红色状液体，其中，乙酰丙酮钌、乙酰丙酮铜和溴化钾的浓度分别为0.72 g/L、0.42 g/L和2.14 g/L，混合溶液中乙醇和水的体积比为6 ：1
步骤2.干燥：将步骤1所得淡红色状液体放入电热鼓风干燥箱中，在80 ℃，干燥12小时，得到固体粉末；步骤3.煅烧：将步骤2所得固体粉末放于磁舟，在空气气氛下，275 ℃煅烧90分钟，随后自然冷却至室温；步骤4.将步骤3所得物质研磨为细小粉末，然后用去离子水与乙醇的混合溶液多次洗涤，再经干燥后即得Ru1Cu1非晶纳米合金。
[0015]本实施例中得到的双金属Ru1Cu1非晶纳米合金材料的XRD如图1所示，没有观察到衍射特征峰，表明Ru1Cu1属于非晶态材料。如图2所示为Ru1Cu1非晶纳米合金的扫描电镜图，由图可知，Ru1Cu1非晶纳米合金的形貌是厚度为5~100nm的片层状纳米结构。将本实施例中的双金属Ru1Cu1非晶纳米合金材料作为正极催化剂并组装锂二氧化碳电池，得到的锂二氧化碳电池的充放电性能如图4所示。根据图4的测试结果可知，基于Ru1Cu1非晶纳米合金的锂二氧化碳电池的充电电压为3.75 V，相同条件下低于基于单金属Ru非晶纳米材料的锂二氧化碳电池的充电电压（3.93 V）（图6），表明Ru1Cu1非晶纳米合金能够显著提升碳酸锂的分解速率，提高锂...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于锂二氧化碳电池正极催化剂的Ru
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Cu非晶纳米合金，其特征在于，所述Ru
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Cu非晶纳米合金的形貌是厚度为5~100nm的片层状纳米结构。2.权利要求1所述的Ru
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Cu非晶纳米合金的制备方法，其特征在于，步骤如下：步骤1.前驱体溶液配制：将乙酰丙酮钌、乙酰丙酮铜和溴化钾溶解在乙醇和水的混合溶液中，完全溶解后得到淡红色状液体，其中，乙酰丙酮钌、乙酰丙酮铜和溴化钾的浓度分别为0.45~0.92g/L、0.3~0.6 g/L和2.14 g/L，混合溶液中乙醇和水的体积...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳亚超，李瑞琦，李澳，张明道，宋力，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：