CN105914380B - 一种金属空气电池氧电极活性材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属空气电池氧电极活性材料及其制备方法和应用，属于新能源材料领域。本发明所述的金属空气电池氧电极活性材料的制备方法，包括以下步骤：将过硫酸铵、锰盐和浓硫酸搅拌混合均匀，在100～180℃温度下水热反应6～18h，所得产物经过滤、洗涤而后干燥即得到金属空气电池氧电极活性材料α‑MnO2。本发明提供了金属空气电池氧电极活性材料的制备方法，具有方法简单，成本低廉，易于工业化等优点。制备的氧电极活性材料α‑MnO2催化剂用于金属空气电池的氧还原反应，表现出良好的反应性能。

Description

一种金属空气电池氧电极活性材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于新能源材料领域，具体涉及一种金属空气电池氧电极活性材料及其制备方法和应用。
背景技术
清洁的可再生能源是应对能源和环境危机的有效途径之一，在诸多的可再生能源中，化学能源能量转化率高，便于携带一直是研究的热点。其中，金属空气电池，因为具有极高的理论能量密度，因此作为新一代动力电池系统备受关注。
影响金属空气电池性能的主要因素之一是氧电极(空气电极)的催化剂，这对改善电极的极化性能，提高工作和开路电压极为重要。氧电极的作用是在催化剂作用下发生氧还原反应(Oxygen Reduction Reaction，ORR)。目前，部分商业的金属空气电池采用的氧电极活性材料主要是Pt，Pd等贵金属，贵金属性能虽然好，但是价格昂贵，容易流失，因此寻找廉价、稳定的催化剂成为研究的热点。上述廉价催化剂包括各种碳材料，过渡金属氧化物，碳化物等。本专利中，我们提供了一种廉价过渡金属氧化物——α-MnO2的制备方法及其应用。
发明内容
为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种金属空气电池氧电极活性材料。本发明所述的电极活性材料的制备原料来自商业试剂，方便易得，价格低廉。
本发明的另一目的在于提供上述氧电极活性材料的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述氧电极活性材料的性能应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种金属空气电池氧电极活性材料的制备方法，包括以下步骤：
将过硫酸铵、锰盐和浓硫酸搅拌混合均匀，在100～180℃温度下水热反应6～18h，所得产物经过滤、洗涤而后干燥即得到金属空气电池氧电极活性材料α-MnO2。
所述的锰盐为硫酸锰，硝酸锰或者氯化锰中的一种或多种的混合物。
所述的过硫酸铵的摩尔浓度为0.05～0.3mol/L；所述的过硫酸铵与锰盐的摩尔比为(1～3)：1；所述的浓硫酸摩尔浓度为0.3～1.2mol/L。
一种金属空气电池氧电极活性材料由上述制备方法获得。
上述的金属空气电池氧电极活性材料在金属空气电池氧电极催化剂中的应用。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
本发明提供了金属空气电池氧电极活性材料的制备方法，具有方法简单，成本低廉，易于工业化等优点。制备的氧电极活性材料，在氧还原性能测试中表现出良好的催化性能。
附图说明
图1为实施例6制备的α-MnO2的XRD图。
图2为实施例6制备的α-MnO2的氧还原性能的极化曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：一种金属空气电池氧电极活性材料α-MnO2由下述步骤制备获得：
将过硫酸铵配置成0.05mol/L的溶液，加入0.05mol/L的硫酸锰和1.2mol/L的硫酸，搅拌混合均匀，在100℃下反应18h，所得产物经过滤、洗涤而后干燥即得到金属空气电池氧电极活性材料α-MnO2。
实施例2：一种金属空气电池氧电极活性材料α-MnO2由下述步骤制备获得：
将过硫酸铵配置成0.1mol/L的溶液，加入0.05mol/L的硫酸锰和0.9mol/L的硫酸，搅拌混合均匀，在120℃下反应14h，所得产物经过滤、洗涤而后干燥即得到金属空气电池氧电极活性材料α-MnO2。
实施例3：一种金属空气电池氧电极活性材料α-MnO2由下述步骤制备获得：
将过硫酸铵配置成0.15mol/L的溶液，加入0.05mol/L的硫酸锰和0.6mol/L的硫酸，搅拌混合均匀，在140℃下反应12h，所得产物经过滤、洗涤而后干燥即得到金属空气电池氧电极活性材料α-MnO2。
实施例4：一种金属空气电池氧电极活性材料α-MnO2由下述步骤制备获得：
将过硫酸铵配置成0.2mol/L的溶液，加入0.1mol/L的硫酸锰和0.3mol/L的硫酸，搅拌混合均匀，在160℃下反应10h，所得产物经过滤、洗涤而后干燥即得到金属空气电池氧电极活性材料α-MnO2。
实施例5：一种金属空气电池氧电极活性材料α-MnO2由下述步骤制备获得：
将过硫酸铵配置成0.2mol/L的溶液，加入0.2mol/L的硫酸锰和0.3mol/L的硫酸，搅拌混合均匀，在180℃下反应6h，所得产物经过滤、洗涤而后干燥即得到金属空气电池氧电极活性材料α-MnO2。
实施例6：一种金属空气电池氧电极活性材料α-MnO2由下述步骤制备获得：
将过硫酸铵配置成0.2mol/L的溶液，加入0.2mol/L的硫酸锰和0.3mol/L的硫酸，搅拌混合均匀，在140℃下反应6h，所得产物经过滤、洗涤而后干燥即得到金属空气电池氧电极活性材料α-MnO2。
实施例7：一种金属空气电池氧电极活性材料α-MnO2由下述步骤制备获得：
将过硫酸铵配置成0.1mol/L的溶液，加入0.1mol/L的硫酸锰和0.6mol/L的硫酸，搅拌混合均匀，在140℃下反应10h，所得产物经过滤、洗涤而后干燥即得到金属空气电池氧电极活性材料α-MnO2。
性能检测：
把30wt％的实施例6制备的α-MnO2样品与70wt％的乙炔黑均匀混合，称取5mg，分散到50μL Nafion(5％)溶液和950μL异丙醇混合溶液中，分散均匀后用移液枪移取5μL滴在玻碳电极表面，烘干后在电化学工作站测试氧还原性能——极化曲线。实施例6制备的α-MnO2的XRD图如附图1，在不同转速下的氧还原性能如附图2，其中1600转速下起始还原电位为0.86v，极限电流密度为5.62mA cm-2，显示了较为优异的氧还原性能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种金属空气电池氧电极活性材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
将过硫酸铵、锰盐和浓硫酸搅拌混合均匀，在100～180℃温度下水热反应6～18h，所得产物经过滤、洗涤而后干燥即得到金属空气电池氧电极活性材料α-MnO2；
所述的过硫酸铵与锰盐的摩尔比为(1～3)：1。
2.根据权利要求1所述的金属空气电池氧电极活性材料的制备方法，其特征在于：所述的锰盐为硫酸锰，硝酸锰或者氯化锰中的一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的金属空气电池氧电极活性材料的制备方法，其特征在于：所述的过硫酸铵的摩尔浓度为0.05～0.3mol/L；所述的浓硫酸摩尔浓度为0.3～1.2mol/L。
4.一种金属空气电池氧电极活性材料由权利要求1～3任一项所述的制备方法获得。
5.权利要求4所述的金属空气电池氧电极活性材料在金属空气电池氧电极催化剂中的应用。
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