杂原子掺杂碳纳米管催化剂及其制备方法和中性锌-空气电池技术

本发明专利技术涉及一种杂原子掺杂碳纳米管催化剂及其制备方法和中性锌‑空气电池。中性锌‑空气电池以碳纳米管或杂原子掺杂碳纳米管催化剂为空气电极催化剂、以锌材料为负极、以含大尺寸疏水阴离子锌盐的水溶液或有机/水混合溶液为电解液。杂原子掺杂碳纳米管催化剂是使用N、P、S、O、Se等无机杂原子对碳纳米管进行掺杂改性。与现有技术相比，本发明专利技术具有丰富的导电网络及ORR/OER催化位点，可以加快ORR/OER反应动力学，进而降低以该材料为空气电极催化剂的中性锌‑空气电池的充放电电压极化，提高电池的倍率性能和能量密度等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电化学领域，具体涉及一种杂原子掺杂碳纳米管催化剂及其制备方法和中性锌-空气电池。

技术介绍

1、锌-空气电池作为一种技术最成熟的金属-空气电池，与锂离子电池相比，具有更高的能量密度(理论能量密度1353wh kg-1)、更低的生产成本(单位能量成本约为锂离子电池的1/3)、更高的安全性能和更好的环境兼容性，是下一代储能电池的重要备选。目前，锌-空气电池最常见的应用是助听器纽扣电池，并在电动汽车领域试点应用。2011年，上海博信、武汉鸿元、北京长航等都曾将锌-空气电池试用于公共汽车。经过多年的发展，可实现商业化应用的锌-空气电池主要还是“一次性锌-空气电池”和“更换负极锌板式锌-空气燃料电池”，这两类锌-空气电池充放电可逆性很差，无法进行多次循环，故无法大规模应用。电化学可充的锌-空气电池通常使用强碱性电解液，充放电过程中，正极发生的氧还原(orr)和氧析出(oer)反应均为4e-转移反应。在该电池体系中，强碱性环境造成负极钝化、枝晶生长、以及正极碳酸盐化等问题，并最终导致电池的正负极失效、电池循环性能及使用寿命极大降低。</p>

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【技术保护点】

1.一种杂原子掺杂碳纳米管催化剂，其特征在于，该催化剂包括碳纳米管和无机杂原子。

2.根据权利要求1所述的一种杂原子掺杂碳纳米管催化剂，其特征在于，所述碳纳米管的长度为0.5-50μm，类型包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管。

3.根据权利要求1所述的一种杂原子掺杂碳纳米管催化剂，其特征在于，所述的无机杂原子包括N、P、S、O、Se或B。

4.根据权利要求1或3所述的一种杂原子掺杂碳纳米管催化剂，其特征在于，所述无机杂原子的前驱体包括红磷、硫粉、硒粉、次亚磷酸钠、三苯基膦或硫脲。

5.一种如权利要求1-4任一项所述杂原子掺杂碳纳米...

【技术特征摘要】

1.一种杂原子掺杂碳纳米管催化剂，其特征在于，该催化剂包括碳纳米管和无机杂原子。

2.根据权利要求1所述的一种杂原子掺杂碳纳米管催化剂，其特征在于，所述碳纳米管的长度为0.5-50μm，类型包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管。

3.根据权利要求1所述的一种杂原子掺杂碳纳米管催化剂，其特征在于，所述的无机杂原子包括n、p、s、o、se或b。

4.根据权利要求1或3所述的一种杂原子掺杂碳纳米管催化剂，其特征在于，所述无机杂原子的前驱体包括红磷、硫粉、硒粉、次亚磷酸钠、三苯基膦或硫脲。

5.一种如权利要求1-4任一项所述杂原子掺杂碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种杂原子掺杂碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于，所述混合的方式包括球磨混合或溶剂化反应混合；所述高温热解的温度为350-1000℃，优选800-900℃，气氛为惰性气氛，包括氩气或氮气气氛。

7.一种中性锌-空气电池，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，王凤梅，方方，孙大林，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：