一种锂空气电池Co-Pd双原子正极催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种锂空气电池Co

【技术实现步骤摘要】
一种锂空气电池Co
‑
Pd双原子正极催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电化学及催化
，特别是涉及一种锂空气电池Co
‑
Pd双原子正极催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着化石能源的不断开发利用，化石能源在全球的储量日益减少，生产生活对能源需求的日益增长和有限的能源储备之间的矛盾日渐突出。因此，开发新型的能源存储体系对现代社会的可持续发展有着重要意义。与传统锂离子电池储能体系相比，锂氧气电池体系具有超高的理论能量密度(3505Wh*kg
‑1),堪比石油，并且环保无污染，被认为是最有希望解决能源和环境危机的能量储存体系之一。然而，锂氧气电池的体系的研究工作正处于起步阶段，锂氧气电池受到来自负极锂片、电解液和空气正极的限制，尤其是正极的ORR/OER反应动力学缓慢，导致电池的过电位较大，循环寿命低，严重限制了其商业应用。因此，合理构建正极双功能催化剂提升ORR/OER反应动力学速率，是解决锂氧气电池问题的关键途径之一。

技术实现思路

[0003]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种锂空气电池Co
‑
Pd双原子正极催化剂及其制备方法和应用。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]本专利技术提供为了一种锂空气电池Co
‑
Pd双原子正极催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0006]1)将碳纳米管与醇溶液混合，得到碳纳米管溶液，将所述碳纳米管溶液与钴盐、锌盐混合，得到含钴混合物；
[0007]2)将2
‑
甲基咪唑与醇试剂混合，得到2
‑
甲基咪唑溶液，将所述2
‑
甲基咪唑溶液与步骤1)得到的含钴混合物混合、搅拌、离心和干燥后，得到CoZn
‑
CNT；
[0008]3)将所述步骤2)得到的CoZn
‑
CNT分散于正己烷中后，与钯盐溶液混合、搅拌、离心和干燥，得到固体；
[0009]4)将所述步骤3)得到的固体进行热解，得到热解物，将所述热解物经盐酸溶液处理、干燥，得到锂空气电池Co
‑
Pd双原子正极催化剂。
[0010]优选的，所述步骤1)碳纳米管的质量与醇溶液的体积比为30mg:15～40mL；
[0011]所述醇溶液包括甲醇溶液，所述甲醇溶液中甲醇的体积百分含量为99.5％。
[0012]优选的，所述步骤1)醇溶液的体积与钴盐、锌盐的质量比为15～40mL:0.546g:0.558g；
[0013]所述钴盐为六水硝酸钴，所述锌盐为六水硝酸锌。
[0014]优选的，所述步骤2)2
‑
甲基咪唑的质量与醇试剂的体积比为0.616～1.232g:
15mL；
[0015]所述醇试剂包括甲醇。
[0016]优选的，所述步骤2)2
‑
甲基咪唑溶液与含钴混合物的体积比为1:1；
[0017]所述搅拌的时间为12h；
[0018]所述离心的条件包括：使用甲醇进行离心洗涤；
[0019]所述干燥的条件包括：温度为60～70℃，时间为12h。
[0020]优选的，所述步骤3)CoZn
‑
CNT的质量与正己烷的体积比为130mg:13mL；
[0021]所述CoZn
‑
CNT的质量与钯盐溶液的体积比为130mg:30μL；
[0022]所述钯盐溶液包括Na2PdCl4溶液，所述Na2PdCl4溶液中Na2PdCl4的质量浓度为50mg/mL；
[0023]所述搅拌的时间为12h；
[0024]所述离心的条件包括：使用甲醇进行离心洗涤；
[0025]所述干燥的条件包括：温度为60～70℃，时间为12h。
[0026]优选的，所述步骤4)热解的条件包括：温度为900℃，时间为2h，升温速率为2℃/min。
[0027]优选的，所述步骤4)处理的时间为12h；
[0028]所述盐酸溶液的摩尔浓度为0.5mol/L。
[0029]本专利技术还提供了一种上述技术方案所述的制备方法制备得到的锂空气电池Co
‑
Pd双原子正极催化剂，所述锂空气电池Co
‑
Pd双原子正极催化剂中钴的质量百分含量为0.44％，钯的质量百分含量为0.52％。
[0030]本专利技术还提供了上述技术方案所述的锂空气电池Co
‑
Pd双原子正极催化剂在锂空气电池中的应用。
[0031]本专利技术通过引入钯原子进而调控Co
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N4的D带制备了钴钯双原子催化剂CoPd
‑
N
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CNT。相比于钴单原子催化剂，钯位点的引入增强了催化剂材料中活性位点的密度，调控钴的D带中心，优化LiO2中间体的吸附，从而减小了充放电极化，降低了过电位。复合碳纳米管构成3维导电交联网络，促进了电子和质子的输运能力。CoPd
‑
N
‑
CNT中CoPd
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N6中心的质子耦合电子转移更加活跃，由于电荷转移加速优化了OER性能。这使得CoPd
‑
N
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CNT催化剂表现出优异的ORR/OER双功能催化性能。使用该催化剂构建锂空气电池表现出低的充电平台(3.2V)和低的过电位(0.6V)，并且具有高的放电平台(2.8V)和良好的放电容量(15000mAhg
‑1)。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例1中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0033]图1为本专利技术制备的CoPd
‑
N
‑
CNT催化剂与Co单原子催化锂空气电池首圈充放电曲线对比图；
[0034]图2为本专利技术制备的CoPd
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N
‑
CNT催化剂与Co单原子催化锂空气电池放电容量对比图；
[0035]图3为本专利技术制备的CoPd
‑
N
‑
CNT催化剂与Co单原子催化锂空气电池30圈循环对比
图；
[0036]图4为CoPd
‑
N
‑
CNT催化剂的制备过程示意图；
[0037]图5为CoPd
‑
N
‑
CNT的SEM扫描电镜形貌图；
[0038]图6为CoPd
‑
N
‑
CNT的TEM透射电镜形貌图、选区电子衍射以及EDS能谱图；
[0039]图7为CoPd
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N
‑
CNT的球差电镜高角环暗场像图；
[0040]图8为CoPd
‑
N
‑
CNT和C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂空气电池Co
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Pd双原子正极催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将碳纳米管与醇溶液混合，得到碳纳米管溶液，将所述碳纳米管溶液与钴盐、锌盐混合，得到含钴混合物；2)将2
‑
甲基咪唑与醇试剂混合，得到2
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甲基咪唑溶液，将所述2
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甲基咪唑溶液与步骤1)得到的含钴混合物混合、搅拌、离心和干燥后，得到CoZn
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CNT；3)将所述步骤2)得到的CoZn
‑
CNT分散于正己烷中后，与钯盐溶液混合、搅拌、离心和干燥，得到固体；4)将所述步骤3)得到的固体进行热解，得到热解物，将所述热解物经盐酸溶液处理、干燥，得到锂空气电池Co
‑
Pd双原子正极催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)碳纳米管的质量与醇溶液的体积比为30mg:15～40mL；所述醇溶液包括甲醇溶液，所述甲醇溶液中甲醇的体积百分含量为99.5％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)醇溶液的体积与钴盐、锌盐的质量比为15～40mL:0.546g:0.558g；所述钴盐为六水硝酸钴，所述锌盐为六水硝酸锌。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)2
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甲基咪唑的质量与醇试剂的体积比为0.616～1.232g:15mL；所述醇试剂包括甲醇。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘向峰，张文静，高睿，张天然，
申请(专利权)人：中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：