一种复合双功能催化剂阴极材料及其在柔性锌空电池中的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种复合双功能催化剂阴极材料及其在柔性锌空电池中的应用，属于锌空电池技术领域。本发明专利技术公开了一种复合双功能催化剂阴极材料，所述阴极材料依次包括催化层、集流层、疏水透气层；所述催化层中含有Co/Ni掺杂的MnO2/C复合双功能催化剂，其中，催化剂的重量百分比为25

【技术实现步骤摘要】
一种复合双功能催化剂阴极材料及其在柔性锌空电池中的应用


[0001]本专利技术属于锌空电池
，涉及一种复合双功能催化剂阴极材料及其在柔性锌空电池中的应用。

技术介绍

[0002]当今社会环境污染、能源短缺的情况日益加剧，可充放电锌空电池作为一种新型能源储存装置，由于其能量密度高、成本低、制备简单安全、绿色无污染而具有良好的应用前景。
[0003]锌空电池由支撑/集流体、电解质、电极材料组成，其中电极材料是关键因素。但目前存在的电极催化剂材料的催化活性低、成本高昂，严重制约锌空电池的发展。因此，亟需开发具有工艺简单、成本低廉、催化活性高、柔性的新型锌
‑
空气电池。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种复合双功能催化剂阴极材料，该阴极材料包括催化层、疏水透气层和集流层；制得的柔性锌空电池能够显著提高电池的OER和ORR双功能电催化性能。
[0005]本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：
[0006]一种复合双功能催化剂阴极材料，所述复合双功能催化剂阴极材料依次包括催化层、集流层、疏水透气层；所述催化层中含有Co/Ni掺杂的MnO2/C复合双功能催化剂，其中，催化剂的重量百分比为25
‑
35％。
[0007]作为优选，所述催化层的厚度为0.1
‑
0.5mm。
[0008]作为优选，所述疏水透气层的厚度为0.1
‑
0.5mm。
[0009]进一步优选，所述催化层、疏水透气层的厚度比为1:(0.8
‑
1.2)。
[0010]作为优选，所述复合双功能催化剂中Co、Ni的质量比为1：(1
‑
1.8)。
[0011]作为优选，所述Co/Ni掺杂的MnO2/C复合双功能催化剂的制备方法包括：将高锰酸钾、锰源、钴源、镍源溶于去离子水中，转移混合液至反应釜中，加热后冷却至室温，静置1
‑
5h。将沉淀物用去离子水和乙醇清洗，真空烘干即得催化剂。
[0012]作为优选，所述的高锰酸钾、锰源、钴源、镍源的质量比为1：(1
‑
3)：(1
‑
3)：(1
‑
3)。
[0013]进一步优选，所述高锰酸钾、锰源的质量比为1：(1
‑
2.5)。
[0014]进一步优选，所述高锰酸钾、镍源的质量比为1：(1.5
‑
2.2)。
[0015]作为优选，所述锰源包括乙酸锰、氯化锰、硫酸锰、硝酸锰中的一种或多种。
[0016]作为优选，所述钴源包括硝酸钴、乙酸钴、硫酸钴中的一种或多种。
[0017]作为优选，所述镍源包括乙酸镍、氯化镍、硫酸镍、硝酸镍中的一种或多种。
[0018]进一步优选，所述的固体粉末总质量、去离子水的质量比为1：(40
‑
60)。
[0019]作为优选，所述加热温度为130
‑
170℃，保温时间为10
‑
14h。
[0020]作为优选，所述的真空烘干温度为60
‑
120℃，时间为10
‑
24h。
[0021]作为优选，所述制得的催化剂为直径200
‑
400μm的纳米颗粒。
[0022]作为优选，所述复合双功能催化剂阴极材料的制备方法包括以下步骤：将裁剪好的催化剂层和疏水透气层分别放置于集流层的两侧，用压片机压制。
[0023]进一步优选，所述压制过程的压力为10
‑
30Mpa，时间为1
‑
3min。
[0024]进一步优选，所述锌空气电池阴极中催化剂的负载量为3
‑
6mg/cm2。
[0025]作为优选，所述催化层的原料包括催化剂、炭黑、PTFE乳液；所述疏水透气层包括导电炭黑、PTFE乳液。
[0026]作为优选，所述催化层的制备方法包括如下步骤：将催化剂和炭黑分散在无水乙醇中搅拌，再加入PTFE乳液继续搅拌；然后在水浴条件下搅拌至成团；将成团的浆料在轧膜机上压成薄片。
[0027]进一步优选，所述催化剂和炭黑的质量比为1:(0.5
‑
1.5)。
[0028]进一步优选，PTFE乳液的浓度为50
‑
65wt％。
[0029]进一步优选，水浴条件温度为75
‑
85℃。
[0030]作为优选，疏水透气层的制备方法包括如下步骤：将导电炭黑Super P(SP)和PTFE乳液混合，在水浴条件下搅拌至成团，然后压成薄片。
[0031]进一步优选，PTFE乳液的浓度为55
‑
70wt％。
[0032]进一步优选，水浴条件温度为75
‑
85℃。
[0033]进一步优选，所述导电炭黑和PTFE乳液的质量比为1:(0.5
‑
1.5)。
[0034]作为优选，所述集流层包括碳布、无纺布、碳纤维、泡沫镍中的一种或多种。
[0035]本专利技术还提供了一种复合双功能催化剂阴极材料在柔性锌空电池中的应用。
[0036]作为优选，所述锌空气电池包括阳极、阴极、支撑/集流体、电解质。
[0037]在锌空电池中，Co/Ni掺杂的MnO2/C复合双功能催化剂制成的催化层与疏水透气层和集流层组装作为阴极材料，再与阳极、电解质、支撑/集流体组装成柔性锌空电池；本专利技术所述的“双功能”为在空气中既具有氧还原(ORR)性能，同时又具有氧析出(OER)性能。
[0038]进一步优选，所述支撑/集流体包括钛箔、不锈钢箔中的一种或多种。
[0039]进一步优选，所述电解质由高浓度碱液和凝胶类物质组成。
[0040]更进一步优选，所述电解质为KOH、Zn(AC)2的混合物。
[0041]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0042]1、本专利技术制得的复合双功能催化剂阴极材料具有三层结构，依次包括催化层、集流层、疏水透气层，该结构具有充电电压低、放电电压高以及循环稳定性好等特性。
[0043]2、本专利技术中阴极材料的催化层中催化剂为特殊制得的Co/Ni掺杂的MnO2/C复合双功能催化剂，相比于普通催化剂，具有更好的催化效果。
[0044]3、本专利技术中制得的柔性锌空电池能够显著提高电池的OER和ORR双功能电催化性能，在锌空电池中具有广阔的应用前景。
[0045]4、本专利技术将制得的Co/Ni掺杂的MnO2/C复合双功能催化剂导电性好，比表面积大。
[0046]5、本专利技术中阴极材料及柔性锌空电池的制备工艺简单、实用，可操控性强，易于规模化生产。
[0047]说明书附图
[0048]图1为本专利技术实施例1中制得的Co/Ni掺杂的MnO2/C复合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合双功能催化剂阴极材料，其特征在于，所述阴极材料依次包括催化层、集流层、疏水透气层；所述催化层中含有Co/Ni掺杂的MnO2/C复合双功能催化剂，其中，催化剂的重量百分比为25
‑
35％。2.根据权利要求1所述的复合双功能催化剂阴极材料，其特征在于，所述所述催化层、疏水透气层的厚度比为1:(0.8
‑
1.2)。3.根据权利要求1所述的复合双功能催化剂阴极材料，其特征在于，所述复合双功能催化剂中Co、Ni的质量比为1：(1
‑
1.8)。4.根据权利要求1所述的复合双功能催化剂阴极材料，其特征在于，所述Co/Ni掺杂的MnO2/C复合双功能催化剂的制备方法包括：将高锰酸钾、锰源、钴源、镍源溶于去离子水中，转移混合液至反应釜中，加热后冷却至室温，静置1
‑
5h。将沉淀物用去离子水和乙醇清洗，真空烘干即得催化剂。5.根据权利要求4所述的复合双功能催化剂阴极材料，其特征在于，所述高锰酸钾、钴源、锰源、镍源的质量比...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜雪冬，
申请(专利权)人：宁波职业技术学院，
类型：发明
国别省市：