光辅助锂氧气电池集流体和催化剂及制备方法和应用技术

本发明专利技术实施例涉及一种光辅助锂氧气电池集流体和催化剂及制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
光辅助锂氧气电池集流体和催化剂及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂氧气电池
，尤其涉及一种光辅助锂氧气电池集流体和催化剂及制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]锂氧气
(Li
‑
O2或
Li
‑
air)
电池的新型电池技术
。
锂氧气电池是一种具有高理论能量密度的电池，其原理是在放电过程中，锂金属负极与氧气气体在正极发生反应，形成锂氧化物，并释放出大量能量
。
锂氧气电池因其具有极高的理论能量密度
(11680Wh kg
‑1)
以及广泛的应用前景受到大量的关注
。
然而，锂氧气电池在循环过程中会在阴极表面发生氧气还原反应
(ORR)
，并生成过氧化锂
(Li2O2)
，
Li2O2的不可逆分解也会降低电池的放电容量
。
[0003]通过催化剂控制
Li2O2的形成与分解是一种有效的手段
。
目前，研究者多选择金属氧化物作为催化剂来促进
Li2O2中的形成
。<A multi
‑
layered Fe2O3/graphene composite with mesopores as a catalyst for rechargeable aprotic lithium
–
oxygen batteries&gt;<br/>和
&lt;Hollow Mesoporous Fe2O
3 Nanospindles/CNTs Composite:An Efficient Catalyst for High
‑
Performance Li
‑
O
2 Batteries&gt;
两篇文章均使用
Fe2O3作为催化剂，但受限于常规正极片的复合方式会导致
Fe2O3的光催化性能大幅下降
。
光催化性能是指材料在受光照射时能够促进特定化学反应的能力
。
对于锂氧气电池来说，
ORR
反应是在电池充电过程中最为关键的步骤之一，两篇文章都没有考虑
Fe2O3光催化性能在
ORR
反应中的影响
。
这可能导致电池在充电过程中产生较高的极化，降低电池的能量转换效率，并且可能导致电池容量衰减
。
[0004]为了解决这些问题，未来的研究可能需要考虑改进
Fe2O3催化剂的光催化性能，或者探索其他更有效的催化剂
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种光辅助锂氧气电池集流体和催化剂及制备方法和应用
。
通过制备以碳布为基底的负载富氧空位的
Fe2O3纳米片，利用
Fe2O3纳米片上的氧空位可以为光生电子提供“位置”，从而加快光生电子的分离，更多的光生电子会促进过氧化锂的形成，空穴则会促进过氧化锂的分解，从而提高
Fe2O3在锂氧气电池中的催化效果
。
[0006]为此，第一方面，本专利技术实施例提供了一种光辅助锂氧气电池集流体和催化剂的制备方法，所述制备方法包括：
[0007]将氯化铁溶于乙醇中，然后分别加入水和醋酸钠，搅拌后得到混合溶液；
[0008]将碳布和所述混合溶液加入反应釜中，在
170℃
‑
200℃
加热8‑
16h
；
[0009]将反应釜中的溶液离心后，分别收集粉末以及碳布；
[0010]对收集到的粉末用水和乙醇交替清洗三次，并进行干燥，得到
Fe2O3粉末；对收集到的碳布用水和乙醇交替清洗三次，并进行干燥，得到负载
Fe2O3的碳布；
[0011]将所述负载
Fe2O3的碳布在含氧环境中
300℃
‑
350℃
加热，得到负载富氧空位的
Fe2O3的碳布，即得到所述光辅助锂氧气电池集流体；
[0012]将所述
Fe2O3粉末在含氧环境中
300℃
‑
350℃
加热，得到富氧空位的
Fe2O3粉末，即得到所述光辅助锂氧气电池正极催化剂
。
[0013]优选的，所述氯化铁按照
0.05mo l/L
‑
0.2mo l/L
的浓度溶于乙醇；
[0014]所述水的添加体积比为乙醇的5％；
[0015]所述氯化铁和醋酸钠的物质的量比为
1:5
‑
1:10
；
[0016]所述搅拌的搅拌速率为
200rmp
‑
400rmp
，搅拌时间为
0.5
‑
2h。
[0017]优选的，所述干燥的温度为
60℃
‑
80℃
，时间为8‑
20h。
[0018]优选的，所述负载富氧空位的
Fe2O3的碳布中，富氧空位的
Fe2O3的质量占比碳布总质量的
15
％
‑
55
％
。
[0019]优选的，所述含氧环境为空气环境或纯氧环境
。
[0020]第二方面，本专利技术实施例提供了一种光辅助锂氧气电池集流体，为上述第一方面所述的制备方法制备得到的负载富氧空位的
Fe2O3的碳布
。
[0021]第三方面，本专利技术实施例提供了一种光辅助锂氧气电池正极催化剂，为上述第一方面所述的制备方法制备得到的富氧空位的
Fe2O3。
[0022]第四方面，本专利技术实施例提供了一种光辅助锂氧气电池正极，所述光辅助锂氧气电池正极包括上述第二方面所述的光辅助锂氧气电池集流体或者包括上述第三方面所述的光辅助锂氧气电池正极催化剂
。
[0023]第五方面，本专利技术实施例提供了一种光辅助锂氧气电池，所述光辅助锂氧气电池包括上述第四方面所述的光辅助锂氧气电池正极
。
[0024]本专利技术实施例提供的光辅助锂氧气电池集流体和催化剂的制备方法，区别与传统的表面直接复合
、
间接复合以及俄歇复合的方法，本专利技术所使用的在碳布上原位生长
Fe2O3纳米片有效改善导致
Fe2O3的光催化性能大幅下降这个缺陷，通过烧结条件下得到富氧空位的以碳布为基底的
Fe2O3纳米片，
Fe2O3纳米片上的氧空位可以为光生电子提供“位置”，从而加快光生电子的分离，更多的光生电子会促进过氧化锂的形成，空穴则会促进过氧化锂的分解，从而提高
Fe2O3在锂氧气电池中的催化效果
。
附图说明
[0025]图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种光辅助锂氧气电池集流体和催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将氯化铁溶于乙醇中，然后分别加入水和醋酸钠，搅拌后得到混合溶液；将碳布和所述混合溶液加入反应釜中，在
170℃
‑
200℃
加热8‑
16h
；将反应釜中的溶液离心后，分别收集粉末以及碳布；对收集到的粉末用水和乙醇交替清洗三次，并进行干燥，得到
Fe2O3粉末；对收集到的碳布用水和乙醇交替清洗三次，并进行干燥，得到负载
Fe2O3的碳布；将所述负载
Fe2O3的碳布在含氧环境中
300℃
‑
350℃
加热，得到负载富氧空位的
Fe2O3的碳布，即得到所述光辅助锂氧气电池集流体；将所述
Fe2O3粉末在含氧环境中
300℃
‑
350℃
加热，得到富氧空位的
Fe2O3粉末，即得到所述光辅助锂氧气电池正极催化剂
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氯化铁按照
0.05mol/L
‑
0.2mol/L
的浓度溶于乙醇；所述水的添加体积比为乙醇的5％；所述氯化铁和醋酸钠的物质的量比为
1:5
‑
1:10
；所述搅拌的搅拌速率为
200rmp
‑
40...

【专利技术属性】
技术研发人员：王思邈，曹文卓，闫昭，李婷，
申请(专利权)人：宜宾南木纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：