CN105489905A - 一种钙钛矿型空气电池电极催化层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钙钛矿型空气电池电极催化层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将La、Pr、Ni和Fe四种元素的硝酸盐按化学计量比进行混合，加入苹果酸水溶液，超声处理，将溶液高温烘干、粉碎，可以获得先驱体，将该先驱体粉末在650℃～700℃的温度下加热90min～120min，就获得钙钛矿型催化粉末。(2)将钙钛矿型催化粉末和石墨烯粉末按比例混合，制成混合粉末，将1混合粉末加入到乙醇中，超声处理，再向悬浮液中缓慢加入导电型粘结剂，将溶液水浴，并缓慢搅拌，使溶液成为胶状物，将所述胶状物进行压制成型，真空烘干，最终制成钙钛矿型催化层。其有益效果为：活性高，性能稳定，使用寿命长，生产工艺简单，电池出现大电流时散热良好的特点。

Description

一种钙钛矿型空气电池电极催化层的制备方法
技术领域
本发明涉及空气电池电极制备领域，具体涉及一种钙钛矿型空气电池电极催化层的制备方法。
背景技术
随着工业发展以及人类活动的日趋活跃，人类对能源的消耗日趋增大，而地下非可再生资源日趋短缺，能源供需矛盾日益激化，能源问题已成为影响人类生存和发展的关键问题之一。空气电池具有能量密度高、体系轻、无毒无污染、价格低廉等优点，具有巨大的应用前景，但是由于催化剂活性、稳定性以及成本问题使得空气电池目前难以达到商业化应用的要求，采用合适的催化剂载体或改善载体结构，有利于提高催化剂性能。
钙钛矿型氧化物具有价廉、催化活性高、在碱溶液中比较稳定、能耐氧化、室温下有较高的电子导电性等优点，是具有前途的双功能氧电极的电催化材料；其次，钙钛矿型复合氧化物由于具有较高的比表面积，化学稳定性，价格低廉，易于制得，在碱性溶液中比较高的活性，已逐渐取代贵金属，在金属空气电池电极制作中得到广泛的应用。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种活性高，性能稳定，使用寿命长，生产工艺简单的钙钛矿型空气电池电极催化层的制备方法。
本技术制备的钙钛矿型催化层的制备步骤：
(1)将钙钛矿型催化粉末和石墨烯粉末按比例混合，制成混合粉末，其中钙钛矿型催化粉末重量占10wt％～80wt％，将所述混合粉末加入到乙醇、丙醇等有机溶剂中，进行超声处理，制成悬浮液，再向悬浮液中缓慢加入导电型粘结剂，将溶液进行水浴加热，并缓慢搅拌，使溶液成为胶状物，将所述胶状物进行压制成型，进行高温烘干处理，最终制成钙钛矿型催化层。
(2)步骤(1)中所述的钙钛矿型催化粉末，化学式为AXA'1-XBYB'1-YO3(0≤X≤1,0≤Y≤1)，其中A位选用La元素，A’位的取代离子选用Pr元素，其中B位和B'位的离子活性决定了所制备的钙钛矿型催化剂的催化能力，其活性顺序一般为Co≥Mn≥Ni≥Fe≥Cr，考虑到成本原因，B位选用Ni元素，B'位选用Fe元素，所以相应的化学式为LaXPr1-XNiYFe1-YO3(0≤X≤1,0≤Y≤1)。
将La、Pr、Ni和Fe四种元素的硝酸盐按化学计量比进行混合，然后加入到苹果酸水溶液中，进行超声处理，苹果酸水溶液浓度为10wt％～90wt％，之后使用搅拌器进行强力搅拌4h～24h，将该溶液进行高温烘干处理，并粉碎，可以获得固态的LaXPr1-XNiYFe1-YO3(0≤X≤1,0≤Y≤1)无定形先驱体粉末，将该先驱体粉末在650℃～700℃的温度下加热90min～120min，就获得钙钛矿型催化粉末。
进一步，所述超声处理是指使用超声波分散仪在10W的超声功率下，对液体进行超声分散2h，所述水浴加热是指在水温在70℃～80℃下水浴1h，所述高温烘干处理是指在100℃～120℃的温度下真空烘干。
进一步，所述导电型粘结剂采用聚苯胺-聚氧化乙烯，其中聚苯胺含量为50wt％。
进一步，所述石墨烯粉末是采用微机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法、溶剂剥离法或溶剂热法，对氧化石墨进行处理制成的。
本实用新型具有以下有益效果：制作方法方便可行、便于操作，制作过程中使用的设备和原料方便可得，获取的电极催化层活性高、性能稳定、使用寿命长，有利于推广。
具体实施方式
以下对本发明的各个方面进行详述，如无具体说明，本发明的各种原料均可通过根据本领域的常规方法制备得到或市售得到。
实施例1
(1)按化学计量摩尔比La：Pr：Ni：Fe为0.8：0.2：0.8：0.2称取硝酸镧34.64g、硝酸镨8.7g、硝酸镍23.25g、硝酸铁4.66g，混合均匀后，加入到500ml的浓度为10wt％苹果酸水溶液中，进行超声处理，之后使用搅拌器进行强力搅拌24h，将该溶液在100℃的温度下真空烘干、粉碎，可以获得固态的La0.8Pr0.2Ni0.8Fe0.2O3无定形先驱体粉末，将该先驱体粉末在650℃的温度下加热120min，就获得钙钛矿型催化粉末。
(2)将钙钛矿型催化粉末和石墨烯粉末按比例混合，制成混合粉末，其中钙钛矿型催化粉末重量占10wt％，将10g所述混合粉末加入到200ml乙醇中，进行超声处理，制成悬浮液，再向悬浮液中缓慢加入导电型粘结剂，将溶液在水温在70℃下水浴1h，并缓慢搅拌，使溶液成为胶状物，将所述胶状物进行压制成型，在110℃的温度下真空烘干，最终制成钙钛矿型催化层。
实施例2
(1)按化学计量摩尔比La：Pr：Ni：Fe为0.6：0.4：0.8：0.2称取硝酸镧25.98g、硝酸镨17.4g、硝酸镍23.25g、硝酸铁4.66g，混合均匀后，加入到300ml的浓度为50wt％苹果酸水溶液中，进行超声处理，之后使用搅拌器进行强力搅拌15h，将该溶液在110℃的温度下真空烘干、粉碎，可以获得固态的La0.6Pr0.4Ni0.8Fe0.2O3无定形先驱体粉末，将该先驱体粉末在680℃的温度下加热110min，就获得钙钛矿型催化粉末。
(2)将钙钛矿型催化粉末和石墨烯粉末按比例混合，制成混合粉末，其中钙钛矿型催化粉末重量占30wt％，将10g所述混合粉末加入到300ml乙醇中，进行超声处理，制成悬浮液，再向悬浮液中缓慢加入导电型粘结剂，将溶液在水温在75℃下水浴1h，并缓慢搅拌，使溶液成为胶状物，将所述胶状物进行压制成型，在100℃的温度下真空烘干，最终制成钙钛矿型催化层。
实施例3
(1)按化学计量摩尔比La：Pr：Ni：Fe为0.6：0.4：0.7：0.3称取硝酸镧25.98g、硝酸镨17.4g、硝酸镍20.36g、硝酸铁6.99g，混合均匀后，加入到200ml的浓度为90wt％苹果酸水溶液中，进行超声处理，之后使用搅拌器进行强力搅拌4h，将该溶液在120℃的温度下真空烘干、粉碎，可以获得固态的La0.6Pr0.4Ni0.7Fe0.3O3无定形先驱体粉末，将该先驱体粉末在700℃的温度下加热100min，就获得钙钛矿型催化粉末。
(2)将钙钛矿型催化粉末和石墨烯粉末按比例混合，制成混合粉末，其中钙钛矿型催化粉末重量占80wt％，将10g所述混合粉末加入到300ml乙醇中，进行超声处理，制成悬浮液，再向悬浮液中缓慢加入导电型粘结剂，将溶液在水温在80℃下水浴1h，并缓慢搅拌，使溶液成为胶状物，将所述胶状物进行压制成型，在120℃的温度下真空烘干，最终制成钙钛矿型催化层。
本发明不局限于所述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (7)

1.一种钙钛矿型空气电池电极催化层的制备方法，其特征在于：按照以下步骤进行制备，将钙钛矿型催化粉末和石墨烯粉末按比例混合，制成混合粉末，将混合粉末加入到乙醇、丙醇等有机溶剂中，进行超声处理，制成悬浮液，再向悬浮液中缓慢加入导电型粘结剂，将溶液进行水浴加热，并缓慢搅拌，使溶液成为胶状物，将所述胶状物进行压制成型，进行高温烘干处理，最终制成钙钛矿型催化层。
2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿型空气电池电极催化层的制备方法，其特征在于：将La、Pr、Ni和Fe四种元素的硝酸盐按化学计量比进行混合，然后加入到苹果酸水溶液中，进行超声处理，之后使用搅拌器进行强力搅拌4h～24h，将该溶液进行高温烘干处理，并粉碎，可以获得固态的LaXPr1-XNiYFe1-YO3(0≤X≤1,0≤Y≤1)无定形先驱体粉末，将该先驱体粉末在650℃～700℃的温度下加热90min～120min，就获得钙钛矿型催化粉末。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种钙钛矿型空气电池电极催化层的制备方法，其特征在于：所述超声处理是指使用超声波分散仪在10W的超声功率下，对液体进行超声分散2h，所述水浴加热是指在水温在70℃～80℃下水浴1h，所述高温烘干处理是指在100℃～120℃的温度下真空烘干。
4.根据权利要求1所述的一种钙钛矿型空气电池电极催化层的制备方法，其特征在于：所述导电型粘结剂采用聚苯胺-聚氧化乙烯，其中聚苯胺含量为50wt％。
5.根据权利要求1所述的一种钙钛矿型空气电池电极催化层的制备方法，其特征在于：所述石墨烯粉末是采用微机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法、溶剂剥离法或溶剂热法，对氧化石墨进行处理制成的。
6.根据权利要求1所述的一种钙钛矿型空气电池电极催化层的制备方法，其特征在于：所述混合粉末中钙钛矿型催化粉末重量占10wt％～80wt％。
7.根据权利要求2所述的一种钙钛矿型空气电池电极催化层的制备方法，其特征在于：所述苹果酸水溶液浓度为10wt％～90wt％。
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