碳负载制造技术

一种碳负载

【技术实现步骤摘要】
碳负载CeO2/Co异质结活性位点电催化剂、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及电化学领域，特别是涉及一种碳负载
CeO2/Co
异质结活性位点电催化剂
、
制备方法及其应用
。

技术介绍

[0002]众所周知，能源危机日趋严重，人类对储能系统极大需求推动了对高能量密度电池的探索
。
然而，目前基于传统插入式阴极和石墨阳极材料的商业化锂离子电池几乎接近其理论能量密度，迫切需要开发其他高能量密度的新型电池系统
。
因此，开发高比能的下一代二次电池系统，是储能电池的一个关键方向
。
锂硫电池因其成本低廉
、
理论容量高和环境友好性等优点，可以满足人类对可充电二次电池更高能量密度的要求，同时也是世界各国未来重点布局的新能源关键方向之一
。
实现锂硫电池的商业化进程必须首先解决硫正极存在的问题：
(1)
多硫化锂的穿梭效应导致电极活性物质溶解
、
容量衰减的问题；
(2)
产物硫化锂的低导电率导致反应动力学速率低
、
电池的倍率性能下降的问题；
(3)
电极体积膨胀影响电池循环稳定性的问题
。
[0003]针对锂硫电池正极存在问题，研究者们提出了各种策略，如采用多孔碳材料负载催化剂
、
发展新型粘结剂和电解液添加剂
、
修饰改性传统隔膜等
。
在已报道的策略中，多孔碳材料负载催化剂被认为是最行之有效的方法：其中多孔碳即可以物理作用限域多硫化物，又可以增强电极导电性有助于电子传输；催化剂即可以化学作用吸附多硫化物，又可以催化多硫化物间的相互转化有助于提升动力学
。
在催化剂的研究中，异质结催化剂可以将各种具有独立性质的固体材料结合在一起，在界面上产生协同效应；一些异质界面将基于组件的不同能带产生新的电子结构，加速电荷转移
。
合理设计多相界面可以获得更强的催化活性位点，有利于多硫化锂快速转化为固态
‑
液态
‑
固态，缓解硫物种反应动力学缓慢的问题
。
如在金属氧化物
/
金属异质结纳米颗粒催化剂中，金属氧化物的强极性负责化学吸附多硫化锂
、
金属高导电性负责多硫化锂之间的催化转化
。
异质结结构材料的制备大致有化学水热法
、
化学气相沉积法
、
电化学沉积法等
。
然而，化学水热法局限于低于
100
摄氏度的情况且产物形貌以及材料均一性较难控制；化学气相沉积法和电化学沉积法对于粉末材料难以实现且产量极低
。
[0004]需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于克服上述
技术介绍
的缺陷，提供一种碳负载
CeO2/Co
异质结活性位点电催化剂
、
制备方法及其应用
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种碳负载
CeO2/Co
异质结活性位点电催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0008]第一步：制备含有
Zn
2+
、Co
2+
和
Ce
2+
的壳聚糖水凝胶；
[0009]第二步：用所述壳聚糖水凝胶制备固体的
CeO2/Co
活性位点电催化剂前驱体；
[0010]第三步：对所述
CeO2/Co
活性位点电催化剂前驱体进行热处理，冷却后得到碳负载
CeO2/Co
异质结活性位点电催化剂
。
[0011]进一步地，所述第一步具体包括如下步骤：
[0012](1.1)
配置适当浓度的壳聚糖水溶液；
[0013](1.2)
配置适当浓度的
Zn
2+
、Co
2+
和
Ce
2+
水溶液；
[0014](1.3)
将步骤
(1.2)
得到的水溶液倒入步骤
(1.1)
得到的壳聚糖水溶液，形成含有
Zn
2+
、Co
2+
和
Ce
2+
的壳聚糖水凝胶
。
[0015]所述第一步中，符合如下的一项或多项：
[0016]步骤
(1.1)
中，所用的壳聚糖分子脱乙羧酸度大于
80
％
、
粘度为
100
‑
300mpa.s
；
[0017]步骤
(1.1)
中，所用的壳聚糖水溶液的浓度为
10
‑
40mg/ml
；
[0018]步骤
(1.2)
中，所述
Zn
2+
、Co
2+
和
Ce
2+
以硝酸盐
、
硫酸盐
、
磷酸盐
、
氯化盐
、
乙酸盐
、
酸盐中的任意一种为源；
[0019]步骤
(1.2)
中，所述
Zn
2+
、Co
2+
和
Ce
2+
的摩尔比为
50
‑
100
：1：1；
[0020]步骤
(1.2)
中，在所述壳聚糖水溶液中形成含有
Zn
2+
、Co
2+
和
Ce
2+
的壳聚糖水凝胶的时间为
10
‑
40
分钟
。
[0021]所述第二步具体包括如下步骤：
[0022](1.4)
将含有
Zn
2+
、Co
2+
和
Ce
2+
的壳聚糖水凝胶冻结成固体前驱体；
[0023](1.5)
将所述固体前驱体进行冷冻干燥处理，去除固体中的水份，保持固体前驱体的三维结构
。
[0024]步骤
(1.5)
中，将所述固体前驱体置于冷冻干燥机中
12
‑
24
小时
。
[0025]所述第三步具体包括：
[0026](1.6)
将所述
CeO2/Co
活性位点电催化剂前驱体置于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种碳负载
CeO2/Co
异质结活性位点电催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步：制备含有
Zn
2+
、Co
2+
和
Ce
2+
的壳聚糖水凝胶；第二步：用所述壳聚糖水凝胶制备固体的
CeO2/Co
活性位点电催化剂前驱体；第三步：对所述
CeO2/Co
活性位点电催化剂前驱体进行热处理，冷却后得到碳负载
CeO2/Co
异质结活性位点电催化剂
。2.
如权利要求1所述的碳负载
CeO2/Co
异质结活性位点电催化剂的制备方法，其特征在于，所述第一步具体包括如下步骤：
(1.1)
配置适当浓度的壳聚糖水溶液；
(1.2)
配置适当浓度的
Zn
2+
、Co
2+
和
Ce
2+
水溶液；
(1.3)
将步骤
(1.2)
得到的水溶液倒入步骤
(1.1)
得到的壳聚糖水溶液，形成含有
Zn
2+
、Co
2+
和
Ce
2+
的壳聚糖水凝胶
。3.
如权利要求2所述的碳负载
CeO2/Co
异质结活性位点电催化剂的制备方法，其特征在于，所述第一步中，符合如下的一项或多项：步骤
(1.1)
中，所用的壳聚糖分子脱乙羧酸度大于
80
％
、
粘度为
100
‑
300mpa.s
；步骤
(1.1)
中，所用的壳聚糖水溶液的浓度为
10
‑
40mg/ml
；步骤
(1.2)
中，所述
Zn
2+
、Co
2+
和
Ce
2+
以硝酸盐
、
硫酸盐
、
磷酸盐
、
氯化盐
、
乙酸盐
、
酸盐中的任意一种为源；步骤
(1.2)
中，所述
Zn
2+
、Co
2+
和
Ce
2+
的摩尔比为

【专利技术属性】
技术研发人员：吕伟，贺艳兵，曹鲁杰，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：