一种用于锂制造技术

本发明专利技术公开了一种用于锂

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂
–
二氧化碳电池正极的多级纳米多孔RuAl/Ru异质结电催化剂极片的制备方法


[0001]本专利技术涉及电催化材料领域，具体涉及一种用于锂
–
二氧化碳电池正极的多级纳米多孔
RuAl/Ru
异质结电催化剂极片的制备方法
。

技术介绍

[0002]可充电锂
–
二氧化碳电池以
CO2作为工作介质，实现电化学能量转换与存储，具有高达
1876 Wh/kg
的理论能量密度，是一种极具应用前景的绿色储能器件
。
然而，锂
–
二氧化碳电池中
CO2还原与析出反应动力学缓慢，往往会造成充放电极化大
、
能量效率低
、
倍率性能和循环性能差等诸多问题，限制了其实际应用
。
因此，开发高性能正极催化剂以提升
CO2还原和析出反应动力学是推动锂
–
二氧化碳电池发展的关键
。
[0003]近年来，研究者们发现钌对锂
–
二氧化碳电池中的
CO2还原和析出反应具有较好的本征催化活性
。
然而，金属钌自然丰度较低
、
价格昂贵，且钌基纳米电催化剂通常需要以金属盐作为前驱体，利用传统的浸渍法
、
水热法
、
溶剂热法以及溶胶凝胶法等进行制备
。
这些制备方法通常程序复杂，需要高温等苛刻条件，产率较低，组分不易控制，污染环境，生产周期长，影响因素多，不适宜在实际生产中应用
。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术旨在提供一种用于锂
–
二氧化碳电池正极的多级纳米多孔
RuAl/Ru
异质结电催化剂极片的制备方法
。
其制备工艺简单，重复性好，且用于锂
–
二氧化碳电池正极电催化剂具有优异的性能
。
利用脱合金化技术制备的
RuAl/Ru
异质结电催化剂，具有丰富的多孔通道，大的比表面积，廉价
、
低电负性的
Al
引入
Ru
所形成的
RuAl
金属间化合物有序的晶格结构及其与
Ru
之间形成的丰富界面，在减少
Ru
用量的同时显著提高了其催化活性，提升了锂
–
二氧化碳电池的性能
。
[0005]本专利技术的方案是：在稀酸或稀碱水溶液中自由腐蚀
RuAl
母体合金制备多级纳米多孔
RuAl/Ru
异质结电催化剂极片，多级纳米多孔
RuAl/Ru
异质结电催化剂由金属间化合物
RuAl
和
Ru
两相互相交叉组成多级尺寸的海绵状骨架，以多级纳米多孔
RuAl/Ru
异质结电催化剂为正极催化剂，以聚四氟乙烯为粘结剂，以科琴碳为导电剂制成正极电极片装配锂
‑
二氧化碳电池后，在
200 mA g
‑1电流密度下，电池能够稳定的循环多于
120
圈，且充放电电压极化能够稳定在
1.3 V
以下，具有良好的循环性及稳定性
。
[0006]作为优选的技术方案，所述多级纳米多孔
RuAl/Ru
异质结电催化剂的制备具体包括以下步骤：（1）将高纯金属钌与金属铝置于真空电弧炉或高频感应炉中进行熔炼，得到
RuAl
母体合金铸锭，
RuAl
母体合金铸锭中
Ru
的原子百分比为
0.1
～
50%
，
Al
的原子百分比为
50
～
99.9%
；（2）将步骤（1）中制得的
RuAl
母体合金铸锭用砂纸打磨，以去除表面的氧化层，通
过单辊旋淬系统将熔融的液态合金在转速为
900
～
5000 r/min
高速旋转的铜辊上快速凝固，获得厚度为
0.1
～
300
微米，宽度为
0.1
～5厘米，长度为
0.1
～
60
厘米的
RuAl
母体合金条带；（3）将步骤（2）中制得的
RuAl
母体合金条带浸泡在稀酸或稀碱水溶液中进行自由腐蚀，腐蚀温度范围为
20~60 ℃
，腐蚀时间为1‑
100 h
，用超纯水多次洗涤所得产物至洗涤液呈中性，真空干燥获得多级纳米多孔
RuAl/Ru
异质结电催化剂
。
[0007]作为优选的技术方案，所述的多级纳米多孔
RuAl/Ru
异质结电催化剂为
RuAl
和
Ru
两相，
Ru
相的物质的量百分比为
50
～
95%
，
RuAl
相的物质的量百分比为5～
50%。
所述的纳米多孔
RuAl/Ru
异质结电催化剂的孔壁尺寸为
1~300 nm
，一级孔孔径尺寸为
50~300 nm
，二级孔孔径尺寸为
2~50 nm
，三级孔孔径尺寸为
0.1~5 nm。
[0008]作为优选的技术方案，所述稀酸水溶液为盐酸或硫酸水溶液，浓度范围为
0.01~2 mol/L
；所述稀碱水溶液为氢氧化钠或氢氧化钾水溶液，浓度范围为
0.05
‑
2 mol/L。
[0009]作为优选的技术方案，所述的一种用于锂
–
二氧化碳电池正极的多级纳米多孔
RuAl/Ru
异质结电催化剂极片中
RuAl/Ru
异质结电催化剂的质量分数为
20%
～
60%
，科琴碳的质量分数为
20%
～
60%
，聚四氟乙烯的质量分数为
5%
～
30%。
[0010]本专利技术的优点：采用简便温和的自由腐蚀方法制备高质量的多级纳米多孔
RuAl/Ru
异质结电催化剂，制备方法重复性好
、
简便温和绿色
、
成本低廉，制得的催化剂结构均匀，可重复性高，适合规模化制备
。
[0011]多级纳米多孔
RuAl/Ru
异质结电催化剂互相连通的三维多尺度海绵状骨架结构，有利于电子的传导与物质的传输；开放的多尺度孔道结构，有利于高效率的传质以及容纳放电产物；大的比表面积有利于活性位点的暴露，以形成丰富本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于锂
–
二氧化碳电池正极的多级纳米多孔
RuAl/Ru
异质结电催化剂极片的制备方法，其特征在于：在稀酸或稀碱水溶液中自由腐蚀
RuAl
母体合金制备多级纳米多孔
RuAl/Ru
异质结电催化剂，多级纳米多孔
RuAl/Ru
异质结电催化剂由金属间化合物
RuAl
和
Ru
两相互相交叉组成多级尺寸的海绵状骨架，以多级纳米多孔
RuAl/Ru
异质结电催化剂为正极催化剂，以聚四氟乙烯为粘结剂，以科琴碳为导电剂制成正极电极片装配锂
‑
二氧化碳电池后，在
200 mA g
‑1电流密度下，电池能够稳定的循环多于
120
圈，且充放电电压极化能够稳定在
1.3 V
以下，具有良好的循环性及稳定性
。2.
如权利要求1所述的一种用于锂
–
二氧化碳电池正极的多级纳米多孔
RuAl/Ru
异质结电催化剂极片的制备方法，其特征在于：所述多级纳米多孔
RuAl/Ru
异质结电催化剂的制备包括以下步骤：（1）将高纯金属钌与金属铝置于真空电弧炉或高频感应炉中进行熔炼，得到
RuAl
母体合金铸锭，
RuAl
母体合金铸锭中
Ru
的原子百分比为
0.1
～
50%
，
Al
的原子百分比为
50
～
99.9%
；（2）将步骤（1）中制得的
RuAl
母体合金铸锭用砂纸打磨，以去除表面的氧化层，通过单辊旋淬系统将熔融的液态合金在转速为
900
～
5000 r/min
高速旋转的铜辊上快速凝固，获得厚度为
0.1
～
300
微米，宽度为
0.1
～5厘米，长度为
0.1
～
60
厘米的
RuAl
母体合金条带；（3）将步骤（2）中制得的
RuAl
...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐彩霞，简天真，马文庆，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：