CN103887528A - 锂空气电池用MnO2-RuO2/C催化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂空气电池用MnO2-RuO2/C催化剂及其制备方法，所述催化剂的活性物质为MnO2-RuO2、载体为纳米碳，所述的MnO2-RuO2、纳米碳的质量百分含量分别为：MnO2：5%至20%，纳米碳：25%至55%，剩余含量为RuO2。本发明采用纳米MnO2-RuO2包覆纳米碳，在催化剂的制备过程中，以纳米碳为载体周围吸附大量的纳米MnO2和RuO2粒子，使MnO2和RuO2稳定的包覆在载体表面，从而提高了催化剂的稳定性及活性；同时由于纳米碳被包覆，就减少了与Li2O2的接触，即减少了副反应的发生，从而提高了电池的能量效率及电池的循环特性。

Description

锂空气电池用MnO2-RuO2/C催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂空气电池技术领域，具体涉及一种锂空气电池用MnO2-RuO2/C催化剂及其制备方法。
背景技术
锂空气电池作为一种新型的高效的绿色环保能源，具有超高的比容量，能量密度高达11140wh/kg,具有可逆性，环境友好，成本低等优点。其中碳材料作为最主要的正极材料，但当碳材料用作主要的正极材料时主要存在以下两个方面问题。
首先，过电压较高，主要是由于放电过程的氧析出反应的过电压较高，而RuO2是一种较好的氧析出反应的高效催化剂，但对氧化还原反应的催化活性较低；MnO2是一种较好的氧还原催化剂，而析氧反应的催化活性较低；因而采用MnO2-RuO2的复合可作为一种高效的双功能催化剂。
其次，碳材在作为阴极时在充放电过程中与放电产物Li2O2反应生成Li2CO3，从而降低了电化学的反应效率，所以这里采用复合金属氧化物包覆纳米碳材的方法来降低副反应的发生率。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种解决降低过电压，减少副反应的发生的一种高效的双效的锂空气电池用MnO2-RuO2/C催化剂及其制备方法。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种锂空气电池用MnO2-RuO2/C催化剂，所述催化剂的活性物质为MnO2-RuO2、载体为纳米碳，所述的MnO2-RuO2、纳米碳的质量百分含量分别为：MnO2：5%至20%，纳米碳：25%至55%，剩余含量为RuO2。
更进一步的技术方案是提供一种锂空气电池用MnO2-RuO2/C催化剂的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
将高锰酸钾溶液加入到二价锰盐溶液中搅拌均匀；
进行第一次水热反应后抽滤，洗涤；
在80-120℃干燥8-12h得到纳米MnO2；
将MnO2、纳米碳加入三氯化钌水溶液中超声搅拌均匀；
所述MnO2、纳米碳加入三氯化钌水溶液中超声搅拌均匀后进行水热反应，进行第二次水热反应后抽滤；
用去离子水以及乙醇分别洗涤数次后在80-120℃干燥8-12h，得到纳米MnO2-RuO2包覆纳米碳的催化剂。
更进一步的技术方案是第一次水热反应的温度是160℃，反应时间是12h。
更进一步的技术方案是第二次水热反应的温度是180℃，反应时间是12h。
更进一步的技术方案是二价锰盐包括：硫酸锰、硝酸锰、氯化锰、醋酸锰。
更进一步的技术方案是硫酸锰与二价锰盐的质量比是4.5:6至2:1。
更进一步的技术方案是纳米碳包括：KB600、SuperP、XC-72、KB300、BP2000、介孔碳、碳气凝胶、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯中的一种或几种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用纳米MnO2-RuO2包覆纳米碳，在催化剂的制备过程中，以纳米碳为载体周围吸附大量的纳米MnO2和RuO2粒子，使MnO2和RuO2稳定的包覆在载体表面，从而提高了催化剂的稳定性及活性;同时由于纳米碳被包覆，就减少了与Li2O2的接触，即减少了副反应的发生。从而提高了电池的能量效率及电池的循环特性。
具体实施方式
下面对本发明作进一步阐述。
实施例1
取0.82g高锰酸钾溶于24ml去离子水，0.37g硫酸锰溶于10ml去离子水。高锰酸钾溶液滴加到硫酸锰溶液中，充分搅拌均匀，在反应釜中160℃水热反应12h，抽滤洗涤6次，100℃干燥12h。取0.0545gRuCl3·ⅹH2O,0.1g多壁碳纳米管，0.05gMnO2溶于去离子水，超声分散0.5h，将混合溶液放入反应釜中，180℃水热反应12h，抽滤，分别用去离子水，乙醇各洗涤3次，100℃干燥8h，即得到MnO2-RuO2包覆的多壁碳纳米管催化剂。
实施例2
取0.82g高锰酸钾溶于24ml去离子水，0.37g硫酸锰溶于10ml去离子水。高锰酸钾溶液滴加到硫酸锰溶液中，充分搅拌均匀，在反应釜中160℃水热反应12h，抽滤洗涤6次，100℃干燥12h。取0.05gRuCl3·ⅹH2O,0.1gSuperP，0.05gMnO2溶于去离子水，超声分散0.5h，将混合溶液放入反应釜中，180℃水热反应12h，抽滤，分别用去离子水，乙醇各洗涤3次，110℃干燥8h，即得到MnO2-RuO2包覆SuperP催化剂。
实施例3
取0.8g高锰酸钾溶于24ml去离子水，0.4g硫酸锰溶于10ml去离子水。高锰酸钾溶液滴加到硫酸锰溶液中，充分搅拌均匀，在反应釜中160℃水热反应12h，抽滤洗涤6次，100℃干燥12h。取0.05gRuCl3·ⅹH2O,0.1g石墨烯，0.05gMnO2溶于去离子水，超声分散0.5h，将混合溶液放入反应釜中，180℃水热反应12h，抽滤，分别用去离子水，乙醇各洗涤3次，100℃干燥10h，即得到MnO2-RuO2包覆石墨烯的催化剂。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一个实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (7)

1.一种锂空气电池用MnO2-RuO2/C催化剂，其特征在于：催化剂的活性物质为MnO2-RuO2、载体为纳米碳，所述的MnO2-RuO2、纳米碳的质量百分含量分别为：MnO2：5%至20%，纳米碳：25%至55%，剩余含量为RuO2。
2.根据权利要求1所述的锂空气电池用MnO2-RuO2/C催化剂的制备方法，其特征在于所述的制备方法包括以下步骤：
将高锰酸钾溶液加入到二价锰盐溶液中搅拌均匀；
进行第一次水热反应后抽滤，洗涤；
在80-120℃干燥8-12h得到纳米MnO2；
将MnO2、纳米碳加入三氯化钌水溶液中超声搅拌均匀；
所述MnO2、纳米碳加入三氯化钌水溶液中超声搅拌均匀后进行水热反应，进行第二次水热反应后抽滤；
用去离子水以及乙醇分别洗涤数次后在80-120℃干燥8-12h，得到纳米MnO2-RuO2包覆纳米碳的催化剂。
3.根据权利要求2所述的锂空气电池用MnO2-RuO2/C催化剂的制备方法，其特征在于所述的第一次水热反应的温度是160℃，反应时间是12h。
4.根据权利要求2所述的锂空气电池用MnO2-RuO2/C催化剂的制备方法，其特征在于所述的第二次水热反应的温度是180℃，反应时间是12h。
5.根据权利要求2所述的锂空气电池用MnO2-RuO2/C催化剂的制备方法，其特征在于所述的二价锰盐包括：硫酸锰、硝酸锰、氯化锰、醋酸锰。
6.根据权利要求5所述的锂空气电池用MnO2-RuO2/C催化剂的制备方法，其特征在于所述的硫酸锰与二价锰盐的质量比是4.5:6至2:1。
7.根据权利要求2所述的锂空气电池用MnO2-RuO2/C催化剂的制备方法，其特征在于所述的纳米碳包括：KB600、SuperP、XC-72、KB300、BP2000、介孔碳、碳气凝胶、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯中的一种或几种。
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