一種金屬空氣電池氧電極活性材料及其制備方法和應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金屬空氣電池氧電極活性材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于新能源材料領(lǐng)域。本發(fā)明所述的金屬空氣電池氧電極活性材料的制備方法，包括以下步驟：將過(guò)硫酸銨、錳鹽和濃硫酸攪拌混合均勻，在100～180℃溫度下水熱反應(yīng)6～18h，所得產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾、洗滌而后干燥即得到金屬空氣電池氧電極活性材料氧化錳。本發(fā)明提供了金屬空氣電池氧電極活性材料的制備方法，具有方法簡(jiǎn)單，成本低廉，易于工業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)。制備的氧電極活性材料氧化錳催化劑用于金屬空氣電池的氧還原反應(yīng)，表現(xiàn)出良好的反應(yīng)性能。
【專利說(shuō)明】
一種金屬空氣電池氧電極活性材料及其制備方法和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于新能源材料領(lǐng)域，具體涉及一種金屬空氣電池氧電極活性材料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]清潔的可再生能源是應(yīng)對(duì)能源和環(huán)境危機(jī)的有效途徑之一，在諸多的可再生能源中，化學(xué)能源能量轉(zhuǎn)化率高，便于攜帶一直是研究的熱點(diǎn)。其中，金屬空氣電池，因?yàn)榫哂袠O高的理論能量密度，因此作為新一代動(dòng)力電池系統(tǒng)備受關(guān)注。
[0003]影響金屬空氣電池性能的主要因素之一是氧電極(空氣電極)的催化劑，這對(duì)改善電極的極化性能，提高工作和開路電壓極為重要。氧電極的作用是在催化劑作用下發(fā)生氧還原反應(yīng)(Oxygen Reduct1n React1n，0RR)。目前，部分商業(yè)的金屬空氣電池采用的氧電極活性材料主要是Pt，Pd等貴金屬，貴金屬性能雖然好，但是價(jià)格昂貴，容易流失，因此尋找廉價(jià)、穩(wěn)定的催化劑成為研究的熱點(diǎn)。上述廉價(jià)催化劑包括各種碳材料，過(guò)渡金屬氧化物，碳化物等。本專利中，我們提供了一種廉價(jià)過(guò)渡金屬氧化物一一氧化錳的制備方法及其應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺點(diǎn)，本發(fā)明的首要目的在于提供一種金屬空氣電池氧電極活性材料。本發(fā)明所述的電極活性材料的制備原料來(lái)自商業(yè)試劑，方便易得，價(jià)格低廉。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供上述氧電極活性材料的制備方法。
[0006]本發(fā)明的再一目的在于提供上述氧電極活性材料的性能應(yīng)用。
[0007]本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種金屬空氣電池氧電極活性材料的制備方法，包括以下步驟:
[0008]將過(guò)硫酸銨、錳鹽和濃硫酸攪拌混合均勻，在100?180 °C溫度下水熱反應(yīng)6?18h，所得產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾、洗滌而后干燥即得到金屬空氣電池氧電極活性材料氧化錳。
[0009]所述的錳鹽為硫酸錳，硝酸錳或者氯化錳中的一種或多種的混合物。
[0010]所述的過(guò)硫酸銨的摩爾濃度為0.05?0.3mol/L;所述的過(guò)硫酸銨與錳鹽的摩爾比為(I?3):1;所述的濃硫酸摩爾濃度為0.3?1.2mol/L。
[0011]—種金屬空氣電池氧電極活性材料由上述制備方法獲得。
[0012]上述的金屬空氣電池氧電極活性材料在金屬空氣電池氧電極催化劑中的應(yīng)用。
[0013]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0014]本發(fā)明提供了金屬空氣電池氧電極活性材料的制備方法，具有方法簡(jiǎn)單，成本低廉，易于工業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)。制備的氧電極活性材料，在氧還原性能測(cè)試中表現(xiàn)出良好的催化性會(huì)K。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為實(shí)施例6制備的氧化錳的XRD圖。
[0016]圖2為實(shí)施例6制備的氧化錳的氧還原性能的極化曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0018]實(shí)施例1:一種金屬空氣電池氧電極活性材料氧化錳由下述步驟制備獲得:
[0019]將過(guò)硫酸銨配置成0.05moVL的溶液，加入0.05moVL的硫酸錳和1.2mol/L的硫酸，攪拌混合均勻，在100 °C下反應(yīng)I Sh，所得產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾、洗滌而后干燥即得到金屬空氣電池氧電極活性材料氧化錳。
[0020]實(shí)施例2:—種金屬空氣電池氧電極活性材料氧化錳由下述步驟制備獲得:
[0021 ] 將過(guò)硫酸銨配置成0.lmol/L的溶液，加入0.05mol/L的硫酸錳和0.9mol/L的硫酸，攪拌混合均勻，在120 °C下反應(yīng)14h，所得產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾、洗滌而后干燥即得到金屬空氣電池氧電極活性材料氧化錳。
[0022]實(shí)施例3:—種金屬空氣電池氧電極活性材料氧化錳由下述步驟制備獲得:
[0023]將過(guò)硫酸銨配置成0.15moVL的溶液，加入0.05moVL的硫酸錳和0.6mol/L的硫酸，攪拌混合均勻，在140 °C下反應(yīng)12h，所得產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾、洗滌而后干燥即得到金屬空氣電池氧電極活性材料氧化錳。
[0024]實(shí)施例4:一種金屬空氣電池氧電極活性材料氧化錳由下述步驟制備獲得:
[0025]將過(guò)硫酸銨配置成0.2mol/L的溶液，加入0.lmol/L的硫酸錳和0.3mol/L的硫酸，攪拌混合均勻，在160°C下反應(yīng)10h，所得產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾、洗滌而后干燥即得到金屬空氣電池氧電極活性材料氧化錳。
[0026]實(shí)施例5:—種金屬空氣電池氧電極活性材料氧化錳由下述步驟制備獲得:
[0027]將過(guò)硫酸銨配置成0.2mol/L的溶液，加入0.2mol/L的硫酸錳和0.3mol/L的硫酸，攪拌混合均勻，在180 °C下反應(yīng)6h，所得產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾、洗滌而后干燥即得到金屬空氣電池氧電極活性材料氧化錳。
[0028]實(shí)施例6: 一種金屬空氣電池氧電極活性材料氧化錳由下述步驟制備獲得:
[0029]將過(guò)硫酸銨配置成0.2mol/L的溶液，加入0.2mol/L的硫酸錳和0.3mol/L的硫酸，攪拌混合均勻，在140 °C下反應(yīng)6h，所得產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾、洗滌而后干燥即得到金屬空氣電池氧電極活性材料氧化錳。
[0030]實(shí)施例7:—種金屬空氣電池氧電極活性材料氧化錳由下述步驟制備獲得:
[0031 ] 將過(guò)硫酸銨配置成0.lmol/L的溶液，加入0.lmol/L的硫酸錳和0.6mol/L的硫酸，攪拌混合均勻，在140°C下反應(yīng)10h，所得產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾、洗滌而后干燥即得到金屬空氣電池氧電極活性材料氧化錳。
[0032]性能檢測(cè):
[0033 ]把3 OWt %的實(shí)施例6制備的氧化猛樣品與7 OWt %的乙炔黑均勾混合，稱取5mg，分散到50yL Naf1n(5%)溶液和950yL異丙醇混合溶液中，分散均勻后用移液槍移取5yL滴在玻碳電極表面，烘干后在電化學(xué)工作站測(cè)試氧還原性能一一極化曲線。實(shí)施例6制備的氧化錳的XRD圖如附圖1，在不同轉(zhuǎn)速下的氧還原性能如附圖2，其中1600轉(zhuǎn)速下起始還原電位為
0.86v，極限電流密度為5.62mA cm—2，顯示了較為優(yōu)異的氧還原性能。
[0034]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種金屬空氣電池氧電極活性材料的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: 將過(guò)硫酸銨、錳鹽和濃硫酸攪拌混合均勻，在100?180 °(:溫度下水熱反應(yīng)6?18h，所得產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾、洗滌而后干燥即得到金屬空氣電池氧電極活性材料氧化錳。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬空氣電池氧電極活性材料的制備方法，其特征在于:所述的錳鹽為硫酸錳，硝酸錳或者氯化錳中的一種或多種的混合物。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬空氣電池氧電極活性材料的制備方法，其特征在于:所述的過(guò)硫酸銨的摩爾濃度為0.05?0.3mol/L;所述的過(guò)硫酸銨與錳鹽的摩爾比為(I?3):1;所述的濃硫酸摩爾濃度為0.3?1.2mol/L。4.一種金屬空氣電池氧電極活性材料由權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的制備方法獲得。5.權(quán)利要求4所述的金屬空氣電池氧電極活性材料在金屬空氣電池氧電極催化劑中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】H01M4/90GK105914380SQ201610237384
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月15日
【發(fā)明人】成曉玲, 章本天, 孫明, 程高, 藍(lán)邦, 鄭小穎, 廖秀紅, 葉飛, 余林
【申請(qǐng)人】廣東工業(yè)大學(xué)