CN104916852A - 一种空气电池阴极催化剂的制备方法 - Google Patents

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张斌
崔龙
许德超
刘宏宇
韩建
魏晓川
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Abstract

本发明涉及一种空气电池阴极催化剂的制备方法，阴极催化剂为Alpha-MnO2和Beta-MnO2的混合物，反应原料为正二价锰盐，正七价锰盐，水；其中正二价锰盐为氯化锰硫酸锰、硝酸锰、醋酸锰中的一种，正七价锰盐为高锰酸钾，其具有很强的催化活性，组成电池后具有较高的开路电压，电压输出稳定，容量高。

Description

一种空气电池阴极催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种空气电池阴极催化剂的制备方法，属于燃料电池技术领域。
背景技术
 金属空气电池是以电极电位较负的诸如Mg、Al、Zn、Fe等金属作为负极，空气或水中的氧分子做正极的一种燃料电池。这类电池因具有比能量高、工作电压稳定、安全性好、绿色环保及制造成本低等优点而具有广阔的应用前景。空气电极是金属空气电池的核心部分，其氧化还原催化剂是影响空气电极性能的关键因素，因此要发展金属空气电池，开发性能优异、工作稳定的阴极催化剂是其中最重要的环节之一。
 传统氧化锰阴极催化剂的制备过程是热解还原（碳热还原），此种方法无法避免高温带来的粒子团聚，所得产物分散度差、晶体材料晶化度较差、纯度不好、粒度、形貌很难控制。
水热合成是指温度为100~1000℃、压力为1MPa~0.1GPa条件下利用物质在水溶液中的化学反应所进行的合成。水热反应的一般过程是将室温所得的反应溶胶或凝胶密封至特殊容器比容以聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在一定的温度和自生压力下得到晶体材料的反应过程。在亚临界和超临界水热条件下，由于反应处于分子水平，反应性提高，因此水热反应可以代替高温固相反应。同时具有高温固相反应不具备的优点，比如所得产物纯度高，分散性好，粒度、形貌易控制等。
发明内容
本发明的目的是提供一种空气电池阴极催化剂的制备方法，其具有很强的催化活性，组成电池后具有较高的开路电压，电压输出稳定，容量高。
本发明的技术方案是这样实现的：一种空气电池阴极催化剂的制备方法，阴极催化剂为Alpha-MnO2和Beta-MnO2的混合物，反应原料为正二价锰盐，正七价锰盐，水；其中正二价锰盐为氯化锰硫酸锰、硝酸锰、醋酸锰中的一种，正七价锰盐为高锰酸钾，其特征在于其制备方法，具体步骤如下：
步骤1：称取高锰酸钾2.7g、蒸馏水110ml，在搅拌下混合均匀，得到紫黑色溶液；
步骤2：取正二价锰盐MnCl2·4H2O 8g加水20ml配置成水溶液；
步骤3：将步骤2所得水溶液逐滴加入步骤1所得紫黑色溶液中，搅拌混合均匀得到悬浊液；
步骤4：将步骤3所得悬浊液转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在恒定温度90~200℃下静置1-4h；
步骤5：将步骤4所得产物分离固、液相；固相水洗至无离子成分。所制成Alpha-MnO2；步骤6：同上述制备过程，将步骤4中静置时间改为4-20h，所制成Beta-MnO2；
步骤7：将Alpha-MnO2与Beta-MnO2按质量比优选为1/19~3/7混合并机械球磨2h。
本发明的积极效果是其具有很强的催化活性，组成电池后具有较高的开路电压，电压输出稳定，容量高。
附图说明
图1为本发明的实施例水热所合成的Alpha-MnO2 产物的XRD谱，可见与Alpha-MnO2的标准峰一致。
图2为本发明的实施例水热所合成的Beta-MnO2 产物的XRD谱，可见与Beta-MnO2的标准峰一致；
图3为本发明的实施例水热所合成的Alpha-MnO2 产物的SEM照片。
图4为本发明的实施例水热所合成的Beta-MnO2 产物的SEM照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：如图1-4所示，一种空气电池阴极催化剂的制备方法，阴极催化剂为Alpha-MnO2和Beta-MnO2的混合物，反应原料为正二价锰盐，正七价锰盐，水；其中正二价锰盐为氯化锰硫酸锰、硝酸锰、醋酸锰中的一种，正七价锰盐为高锰酸钾，其特征在于其制备方法，具体步骤如下：
步骤1：称取高锰酸钾2.7g、蒸馏水110ml，在搅拌下混合均匀，得到紫黑色溶液；
步骤2：取正二价锰盐MnCl2·4H2O 8g加水20ml配置成水溶液；
步骤3：将步骤2所得水溶液逐滴加入步骤1所得紫黑色溶液中，搅拌混合均匀得到悬浊液；
步骤4：将步骤3所得悬浊液转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在恒定温度90~200℃下静置1-4h；
步骤5：将步骤4所得产物分离固、液相；固相水洗至无离子成分。所制成Alpha-MnO2；步骤6：同上述制备过程，将步骤4中静置时间改为4-20h，所制成Beta-MnO2；
步骤7：将Alpha-MnO2与Beta-MnO2按质量比优选为1/19~3/7混合并机械球磨2h。
 表1为所制备催化剂制成锌空气电池的放电性能测试数据：
实施例1
称取高锰酸钾2.7g、蒸馏水110ml，在搅拌下混合均匀，得到紫黑色溶液；取8克MnCl2·4H2O加水20ml配置成水溶液；将得到的水溶液逐滴加入紫黑色溶液中，搅拌混合均匀，得到悬浊液；所得悬浊液转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在120℃下静置2h，所得产物分离固、液相；固相水洗至无离子成分，制成Alpha-MnO2，悬浊液恒温静置时间改为12h，所制成Beta-MnO2；将Alpha-MnO2与Beta-MnO2按质量比3：7混合并机械球磨2h，所得到最终催化剂产物。
实施例2
称取高锰酸钾2.7g、蒸馏水110ml，在搅拌下混合均匀，得到紫黑色溶液；取8克硝酸锰，加水20ml配置成水溶液；所得的水溶液逐滴加入紫黑色溶液中，搅拌混合均匀，得到悬浊液；悬浊液转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在120℃下静置2h；所得产物分离固、液相；固相水洗至无离子成分。所制成Alpha-MnO2；将悬浊液恒温静置时间改为12h，所制成Beta-MnO2，将Alpha-MnO2与Beta-MnO2按质量比3：7混合并机械球磨2h，得到最终催化剂产物。
实施例3
称取高锰酸钾2.7g、蒸馏水110ml，在搅拌下混合均匀，得到紫黑色溶液；取8克醋酸锰加水20ml配置成水溶液；所得的水溶液逐滴加入紫黑色溶液中，搅拌混合均匀，得到悬浊液；悬浊液转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在120℃下静置2h；所得产物分离固、液相；固相水洗至无离子成分。所制成Alpha-MnO2；悬浊液恒温静置时间改为12h，所制成Beta-MnO2；将Alpha-MnO2与Beta-MnO2按质量比3 ：7混合并机械球磨2h，得到最终催化剂产物。

Claims (1)

1.一种空气电池阴极催化剂的制备方法，阴极催化剂为Alpha-MnO2和Beta-MnO2的混合物，反应原料为正二价锰盐，正七价锰盐，水；其中正二价锰盐为氯化锰硫酸锰、硝酸锰、醋酸锰中的一种，正七价锰盐为高锰酸钾，其特征在于其制备方法，具体步骤如下：
步骤1：称取高锰酸钾2.7g、蒸馏水110ml，在搅拌下混合均匀，得到紫黑色溶液；
步骤2：取正二价锰盐MnCl2·4H2O 8g加水20ml配置成水溶液； 
步骤3：将步骤2所得水溶液逐滴加入步骤1所得紫黑色溶液中，搅拌混合均匀得到悬浊液；
步骤4：将步骤3所得悬浊液转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在恒定温度90~200℃下静置1-4h；
步骤5：将步骤4所得产物分离固、液相；固相水洗至无离子成分，所制成Alpha-MnO2；步骤6：同上述制备过程，将步骤4中静置时间改为4-20h，所制成Beta-MnO2；
步骤7：将Alpha-MnO2与Beta-MnO2按质量比优选为1/19~3/7混合并机械球磨2h。
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