CN105609794B - 一种锌空气电池的空气电极催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种锌空气电池的空气电极催化剂及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105609794B
CN105609794B CN201610034980.6A CN201610034980A CN105609794B CN 105609794 B CN105609794 B CN 105609794B CN 201610034980 A CN201610034980 A CN 201610034980A CN 105609794 B CN105609794 B CN 105609794B
Authority
CN
China
Prior art keywords
zinc
electrode catalyst
air
air electrode
air battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610034980.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105609794A (zh
Inventor
田丙伦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changsha Jinfeng Amperex Technology Limited
Original Assignee
Changsha Jinfeng Amperex Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changsha Jinfeng Amperex Technology Ltd filed Critical Changsha Jinfeng Amperex Technology Ltd
Priority to CN201610034980.6A priority Critical patent/CN105609794B/zh
Publication of CN105609794A publication Critical patent/CN105609794A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105609794B publication Critical patent/CN105609794B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9016—Oxides, hydroxides or oxygenated metallic salts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明涉及一种锌空气电池的空气电极催化剂及其制备方法，它的化学通式为：Al2xFe2‑ 2xNi4yTi2‑2yO7，式中，0.1≤x≤0.5，0.5≤y≤1。本发明锌空气电池的空气电极催化剂，通过采用特定化学结构通式的催化剂，其中包含有氧化铁和二氧化钛，这样能够将氧气转化成氧负离子或氧气负离子，从而减少氧还原过程的极化，且价格低廉、化学稳定性好。

Description

一种锌空气电池的空气电极催化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于催化材料领域，涉及一种电极催化剂，具体涉及一种锌空气电池的空气电极催化剂及其制备方法。
背景技术
在锌空气电池中，提高空气电极的催化性能、寻找廉价高效的催化剂是锌空电池研究的热点。目前用作空气电极的催化剂主要有传统的活性炭、电解MnO2等，贵金属及其合金，如Pt、Ag及Pt合金等，以及一些金属氧化物，如焦绿石型氧化物、钙钛矿型氧化物和尖晶石型氧化物等。其中传统采用的活性炭、电解MnO2等催化剂的催化活性较低，使氧气在电化学界面上的反应速度较慢，从而限制了锌空气电池的放电电流密度，使其只能应用于小功率设备；贵金属及其合金，如Pt、Ag及Pt合金等催化剂较活性炭、电解MnO2等催化剂的催化活性有所提高，但是贵金属价格昂贵，且以其作为催化剂电池的放电电流密度仍然满足不了家用电子设备的使用要求，因而也得不到大规模的应用；焦绿石型氧化物、钙钛矿型氧化物和尖晶石型氧化物等催化剂具有催化活性高、导电性高等优点，是非常有前景的新型空气电极催化剂体系，其中的过渡金属尖晶石型氧化物尤其因其优良的导电性和电催化活性而备受关注。
中国专利01104488.4公开了一种锌空气电池空气电极的催化剂，其化学结构式为LiMn2-xCoxO4，其中x＝0～0.5，用该材料作催化剂的锌空气电池的放电电流密度较以电解MnO2为催化剂的锌空气电池的放电电流密度有了大幅提高，其最佳放电电流密度可达150mA/cm2以上，但仍偏小。因此需要寻求制备一种气电极催化剂，以期大幅提高锌空气电池的放电电流密度。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种锌空气电池的空气电极催化剂。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种锌空气电池的空气电极催化剂，它的化学通式为：
Al2xFe2-2xNi4yTi2-2yO7，
式中，0.1≤x≤0.5，0.5≤y≤1。
优化地，它的化学通式为：
Al2xFe2-2xNi4yTi2-2yO7，
式中，0.1≤x≤0.2，0.5≤y≤0.8。
优化地，它的化学通式为：
Al2xFe2-2xNi4yTi2-2yO7，
式中，x＝0.2，y＝0.6。
本发明的又一目的在于提供一种上述锌空气电池的空气电极催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(a)分别称取硝酸铝、氯化铁、硝酸镍溶于去离子水中形成混合液，再称取草酸铵溶于去离子水中形成草酸铵溶液，所述硝酸铝、氯化铁、硝酸镍的摩尔比为x∶1-x∶2y；
(b)在pH＝5.0～7.5、搅拌条件下，向所述混合液中同时滴加所述草酸铵溶液和四氯化钛形成沉淀，所述硝酸镍与所述四氯化钛的摩尔比为2y∶1-y；
(c)将所述沉淀过滤、洗涤、烘干后，置于惰性气体条件下于200～300℃煅烧1～3小时，取出研磨后压成片状，在800～1000℃煅烧2～5h后冷却至室温即可。
优化地，步骤(b)中，所述草酸铵溶液的浓度为0.5～2mol/L，其滴加速度为50～100滴/分钟。
优化地，步骤(c)中，研磨成片状后先以10～20℃/分钟的速度升温至300～500℃煅烧1～5小时，再继续升温至800～1000℃。
优化地，步骤(c)中，所述冷却速度为10～20℃/分钟。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明锌空气电池的空气电极催化剂，通过采用特定化学结构通式的催化剂，其中包含有氧化铁和二氧化钛，这样能够将氧气转化成氧负离子或氧气负离子，从而减少氧还原过程的极化，且价格低廉、化学稳定性好。
具体实施方式
下面将对本发明优选实施方案进行详细说明：
实施例1
本实施例提供一种锌空气电池的空气电极催化剂，它的化学通式为：Al0.2Fe1.8Ni2TiO7，它的制备方法包括以下步骤：
(a)按摩尔比0.1∶0.9∶1分别称取硝酸铝、氯化铁、硝酸镍溶于去离子水中形成混合液，再称取草酸铵溶于去离子水中配制成0.5mol/L的草酸铵溶液；
(b)在pH＝5.0、搅拌条件下，向混合液中同时滴加草酸铵溶液(100滴/分钟)和四氯化钛(100滴/分钟)形成沉淀，草酸铵溶液稍过量以确保铝离子、铁离子和镍离子全部沉淀，硝酸镍与四氯化钛的摩尔比为1∶0.5；
(c)将沉淀过滤、洗涤、烘干后，置于惰性气体条件下于200℃煅烧3小时，取出研磨后压成片状，先以10℃/分钟的速度升温至300℃煅烧5小时，再继续升温至800℃煅烧5h后冷却(10℃/分钟)至室温即可。
实施例2
本实施例提供一种锌空气电池的空气电极催化剂，它的化学通式为：AlFeNi3.6Ti0.2O7，它的制备方法包括以下步骤：
(a)按摩尔比0.5∶0.5∶1.8分别称取硝酸铝、氯化铁、硝酸镍溶于去离子水中形成混合液，再称取草酸铵溶于去离子水中配制成2mol/L的草酸铵溶液；
(b)在pH＝7.5、搅拌条件下，向混合液中同时滴加草酸铵溶液(50滴/分钟)和四氯化钛(50滴/分钟)形成沉淀，草酸铵溶液稍过量以确保铝离子、铁离子和镍离子全部沉淀，硝酸镍与四氯化钛的摩尔比为1.8∶0.1；
(c)将沉淀过滤、洗涤、烘干后，置于惰性气体条件下于300℃煅烧1小时，取出研磨后压成片状，先以20℃/分钟的速度升温至500℃煅烧1小时，再继续升温至1000℃煅烧2h后冷却(20℃/分钟)至室温即可。
实施例3
本实施例提供一种锌空气电池的空气电极催化剂，它的化学通式为：Al0.4Fe1.6Ni2.4Ti0.8O7，它的制备方法包括以下步骤：
(a)按摩尔比0.2∶0.8∶1.2分别称取硝酸铝、氯化铁、硝酸镍溶于去离子水中形成混合液，再称取草酸铵溶于去离子水中配制成1mol/L的草酸铵溶液；
(b)在pH＝7、搅拌条件下，向混合液中同时滴加草酸铵溶液(80滴/分钟)和四氯化钛(50滴/分钟)形成沉淀，草酸铵溶液稍过量以确保铝离子、铁离子和镍离子全部沉淀，硝酸镍与四氯化钛的摩尔比为1.2∶0.4；
(c)将沉淀过滤、洗涤、烘干后，置于惰性气体条件下于250℃煅烧2.5小时，取出研磨后压成片状，先以15℃/分钟的速度升温至400℃煅烧2小时，再继续升温至900℃煅烧3h后冷却(15℃/分钟)至室温即可。
实施例4
本实施例提供一种锌空气电池的空气电极催化剂，它的化学通式为：Al0.2Fe1.8Ni2TiO7，它的制备方法和工艺参数与实施例3中的一致。
实施例5
本实施例提供一种锌空气电池的空气电极催化剂，它的化学通式为：AlFeNi3.6Ti0.2O7，它的制备方法和工艺参数与实施例3中的一致。
实验例1
将实施例1至实施例5中的空气电极催化剂分别与石墨和活性炭(石墨和活性炭的质量比为8∶1)进行混合(催化剂与石墨和活性炭混合物的质量比为1∶4)，过200目筛，加入聚四氟乙烯溶液，搅拌成糊状，均匀的涂在集流网上，于110℃干燥12h，以15Mpa压制3分钟；用Hg/HgO电极(6mol/L KOH)作参比电极，镍电极作辅助电极，形成三电极体系，测试它们的放电电流密度(测试温度为25℃)。实施例1至实施例5中的空气电极催化剂制得电极的放电电流密度分别为：260mA/cm2、270mA/cm2、360mA/cm2、310mA/cm2、320mA/cm2。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种锌空气电池的空气电极催化剂，其特征在于：它的化学通式为：
Al2xFe2-2xNi4yTi2-2yO7，
式中，0.1≤x≤0.5，0.5≤y≤1。
2.根据权利要求1所述的锌空气电池的空气电极催化剂，其特征在于，它的化学通式为：
Al2xFe2-2xNi4yTi2-2yO7，
式中，0.1≤x≤0.2，0.5≤y≤0.8。
3.根据权利要求1所述的锌空气电池的空气电极催化剂，其特征在于，它的化学通式为：
Al2xFe2-2xNi4yTi2-2yO7，
式中，x＝0.2，y＝0.6。
4.权利要求1或3中所述锌空气电池的空气电极催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)分别称取硝酸铝、氯化铁、硝酸镍溶于去离子水中形成混合液，再称取草酸铵溶于去离子水中形成草酸铵溶液，所述硝酸铝、氯化铁、硝酸镍的摩尔比为x∶1-x∶2y；
(b)在pH＝5.0～7.5、搅拌条件下，向所述混合液中同时滴加所述草酸铵溶液和四氯化钛形成沉淀，所述硝酸镍与所述四氯化钛的摩尔比为2y∶1-y；
(c)将所述沉淀过滤、洗涤、烘干后，置于惰性气体条件下于200～300℃煅烧1～3小时，取出研磨后压成片状，在800～1000℃煅烧2～5h后冷却至室温即可。
5.根据权利要求4所述锌空气电池的空气电极催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(b)中，所述草酸铵溶液的浓度为0.5～2mol/L，其滴加速度为50～100滴/分钟。
6.根据权利要求4所述锌空气电池的空气电极催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(c)中，研磨成片状后先以10～20℃/分钟的速度升温至300～500℃煅烧1～5小时，再继续升温至800～1000℃。
7.根据权利要求4所述锌空气电池的空气电极催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(c)中，所述冷却速度为10～20℃/分钟。
CN201610034980.6A 2016-01-18 2016-01-18 一种锌空气电池的空气电极催化剂及其制备方法 Active CN105609794B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610034980.6A CN105609794B (zh) 2016-01-18 2016-01-18 一种锌空气电池的空气电极催化剂及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610034980.6A CN105609794B (zh) 2016-01-18 2016-01-18 一种锌空气电池的空气电极催化剂及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105609794A CN105609794A (zh) 2016-05-25
CN105609794B true CN105609794B (zh) 2018-12-21

Family

ID=55989519

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610034980.6A Active CN105609794B (zh) 2016-01-18 2016-01-18 一种锌空气电池的空气电极催化剂及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105609794B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107195910A (zh) * 2017-06-03 2017-09-22 上海博暄能源科技有限公司 一种可充放电金属空气电池阴极及其制备方法
CN110176658A (zh) * 2019-05-28 2019-08-27 中国科学技术大学 一种无氧环境中可用的复合锌空气二次电池

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3929670A (en) * 1972-08-25 1975-12-30 Hitachi Ltd Catalyst
CN101820087A (zh) * 2010-03-26 2010-09-01 瑞科稀土冶金及功能材料国家工程研究中心有限公司 组合型双效氧催化剂和含该催化剂的电极以及电池
CN102068993A (zh) * 2010-11-17 2011-05-25 昆明理工大学 尿素助燃法制备金属氧化物催化剂的方法
CN102315460A (zh) * 2011-08-31 2012-01-11 上海尧豫实业有限公司 锌空气电池的空气电极催化剂及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3929670A (en) * 1972-08-25 1975-12-30 Hitachi Ltd Catalyst
CN101820087A (zh) * 2010-03-26 2010-09-01 瑞科稀土冶金及功能材料国家工程研究中心有限公司 组合型双效氧催化剂和含该催化剂的电极以及电池
CN102068993A (zh) * 2010-11-17 2011-05-25 昆明理工大学 尿素助燃法制备金属氧化物催化剂的方法
CN102315460A (zh) * 2011-08-31 2012-01-11 上海尧豫实业有限公司 锌空气电池的空气电极催化剂及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105609794A (zh) 2016-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104466154B (zh) 一种锂离子电池正极材料镍钴铝的制备方法
CN103178258A (zh) 氧化铝包覆改性锂镍钴锰氧正极材料的制备方法
CN109994716A (zh) 一种包覆型高镍三元前驱体及其制备方法
CN109830651A (zh) 一种双层包覆改性的三元正极高镍材料及其制备方法
CN103972499B (zh) 一种改性的镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法
CN104815646B (zh) 改性的二氧化锰电催化剂及其制备方法与应用
CN102247858B (zh) 一种三氧化二铝-镍-稀土催化复合膜及其制备方法和应用
CN107792884B (zh) 一种空气电极催化剂材料纳米六边形ZnMnO3的制备方法及应用
CN111420658A (zh) 一种Ir/Ru合金氧析出催化剂及制备方法和应用
CN110354884A (zh) 一种双功能氧析出-氧还原催化材料CoFe@NC及其制备方法和应用
CN105449230B (zh) 一种LaCoO3/N-rGO复合物及其制备和应用方法
CN102867965A (zh) 一种多孔微球钙钛矿型钙锰氧化合物及其制备方法和应用
CN109351357A (zh) 一种有效提升钙钛矿催化剂催化性能的普适方法
CN109292827A (zh) 一种空心笼状四氧化三铁纳米颗粒及其制备方法
CN106847545B (zh) 一种掺杂氧化铈电极及其制备方法和应用
CN105609794B (zh) 一种锌空气电池的空气电极催化剂及其制备方法
CN102104147B (zh) 镍钴复合氧化物、镍钴掺杂氧化物及其制备方法
CN107464936A (zh) 一种锌空气电池空气电极的催化剂及其制备方法和应用
CN113718270A (zh) 一种碳载NiO/NiFe2O4尖晶石型固溶体电解水析氧催化剂的制备方法及其应用
CN108306011A (zh) 一种镍钴锰氢氧化物前驱体及其制备方法
CN105271443A (zh) 一种辅助微波加热制备纳米片状CoO、Co3O4的方法
CN105489905B (zh) 一种钙钛矿型空气电池电极催化层的制备方法
CN113151847A (zh) 一种固体氧化物电解池工作电极的制备方法及其应用
CN106784889A (zh) 一种钯铁氧化物燃料电池催化剂及其制备方法
CN106861745B (zh) 一种Fe-N-C/α-MnO2/β-MnO2催化剂的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20181024

Address after: 322100 Ward A business center, 505 World Trade Road, Dongyang, Jinhua, Zhejiang, 1709

Applicant after: Dongyang Tianqi intellectual property rights Operation Co., Ltd.

Address before: 410000 No. 1320-1325, A block, Jinyuan, 39, Lu Hu Road, Changsha hi tech Development Zone, Hunan

Applicant before: HENAN ZHONGQI ENERGY TECHNOLOGY CO., LTD.

TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20181101

Address after: 410600 Jinzhou North Road, Ningxiang high tech Industrial Park, Changsha, Hunan, 001

Applicant after: Changsha Jinfeng Amperex Technology Limited

Address before: 322100 Ward A business center, 505 World Trade Road, Dongyang, Jinhua, Zhejiang, 1709

Applicant before: Dongyang Tianqi intellectual property rights Operation Co., Ltd.

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant