CN110112429B - 一种镁空气燃料电池催化剂的制备方法 - Google Patents

一种镁空气燃料电池催化剂的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110112429B
CN110112429B CN201910396139.5A CN201910396139A CN110112429B CN 110112429 B CN110112429 B CN 110112429B CN 201910396139 A CN201910396139 A CN 201910396139A CN 110112429 B CN110112429 B CN 110112429B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cobalt
fuel cell
air fuel
heating
solution
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201910396139.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110112429A (zh
Inventor
甘冰清
贺浩
陆富会
汪立新
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 New Energy Technology Co ltd
Original Assignee
Changsha Jinfeng New Energy Technology Co 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 New Energy Technology Co ltd filed Critical Changsha Jinfeng New Energy Technology Co ltd
Priority to CN201910396139.5A priority Critical patent/CN110112429B/zh
Publication of CN110112429A publication Critical patent/CN110112429A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110112429B publication Critical patent/CN110112429B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
    • H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • 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
    • H01M4/9041—Metals or alloys
    • 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
    • H01M4/9075—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H01M4/9083—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
    • 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
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明涉及镁空气燃料电池催化剂领域，具体公开了一种镁空气燃料电池催化剂的制备方法。该制备方法包括：在特定的工艺条件下，先制备氧化亚铜空心球，然后制备氢氧化钴空心球，最后制得钴氮碳纳米空心球催化剂。该方法制备的钴氮碳纳米空心球具有空心球、比表面积大、高效催化活性的特点，制备的金属空气电池电极催化剂作为电极活性材料，在氧还原性能测试中表现出良好的催化性能，而且制备过程简单、成本较低。

Description

一种镁空气燃料电池催化剂的制备方法
技术领域
本发明属于金属空气电池领域，特别涉及一种镁空气燃料电池催化剂的制备方法。
背景技术
随着能源的日益枯竭、环保压力的日益剧增，人们正在探索新的能源。金属空气电池以空气中的氧作为正极活性物质，金属(镁、铝、锌等)作为负极活性物质，氧气通过气体扩散电极到达固-液-气三相界面与金属发生反应而放出电能。镁空气电池由于具有质量轻，材料来源丰富，无污染，可靠性高，寿命长，使用安全等优点，因而收到研究人员的广泛研究。
影响金属空气电池性能的主要因素之一是空气电极的催化剂，这对改善电极的极化性能，提高工作和开路电压极为重要。传统的铂、银贵金属催化剂，价格十分昂贵，严重制约了金属空气燃料电池的发展。因此有人开发出了低成本的非贵金属催化剂，成本大幅度降低，但是制备效率较低。
发明内容
为解决上述非金属催化剂制备方法的问题，本发明提供了一种镁空气燃料电池催化剂的制备方法，在降低成本的同时，大大提升了镁空气燃料电池催化剂的制备效率和成品质量。
为了解决上述问题，本发明提出了一种镁空气燃料电池催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1将金属铜盐和表面活性剂加入到乙二醇溶液中，再缓慢加入氢氧化钠溶液，再加入抗坏血酸溶液，然后加热反应，将所得到的产物经过过滤、洗涤和干燥得到氧化亚铜空心球；
S2将所述氧化亚铜空心球分散到去离子水与乙醇混合溶液中，再加入硫代硫酸钠溶液和氯化钴溶液，经搅拌、过滤、洗涤和干燥得到氢氧化钴空心球；
S3将所述氢氧化钴空心球研磨成粉，然后在甲烷、氨气、氩气氛围下进行高温处理1-6小时，最后得到钴氮碳纳米空心球催化剂。
进一步地，步骤S1中所述的金属铜盐为氯化铜、硝酸铜、醋酸铜、硫酸铜中的至少一种。
进一步地，步骤S1中所述的表面活性剂为聚吡咯烷酮、聚乙烯醇、F127、P123、SDBS、聚乙二醇、CTAB中的任意一种或两种以上任意比例的混合液。
进一步地，步骤S3中，高温处理的温度为200-1000℃。
进一步地，步骤S1中，加热反应的温度为40-80℃，加热时间为20-60min。
进一步地，步骤S2中，去离子水与乙醇按体积比1:1混合。
进一步地，步骤S1中，金属铜盐和表面活性剂加入到乙二醇溶液中后，反应1-4h。
进一步地，步骤S1中，金属铜盐和表面活性剂的质量比为1:15-1:8。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：
(1)本发明合成工艺简单、成本低廉，大大提升了镁空气燃料电池催化剂的制备效率和成品质量。
(2)用本发明方法制得的催化剂性能优越，其氧还原性能优异,可媲美铂碳催化剂，在大电流密度下，能够输出较高的工作电压，稳定性好。
(3)本发明所述的氧催化剂为非贵金属复合材料，所用原料易于购买和制备，资源丰富且价格较低，其大规模制备成本低。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1、本发明的实施例1所制备催化剂的电催化氧化的性能图；
图2、本发明的实施例2所制备催化剂的电催化氧化的性能图；
图3、本发明中催化剂的XRD表征示意图；
图4、本发明中催化剂的SEM示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例一
(1)称取0.85g氯化铜与5.55g聚吡咯烷酮加入到150mL乙二醇溶液中，室温下搅拌2h，搅拌完全溶解后缓慢滴入50mL、浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液，然后加入50mL、浓度为0.3mol/L的抗坏血酸溶液，在55℃温度下反应30min，所得产物经过过滤、洗涤和干燥得到氧化亚铜空心球。
(2)称取100mg的氧化亚铜空心球分散到去离子水与乙醇混合溶液(体积比为1：1)中，然后加入100毫升1mol/L的硫代硫酸钠溶液和100毫升0.5mol/L的氯化钴溶液，经搅拌、过滤、洗涤后得到氢氧化钴纳米空心球。
(3)称取50mg氢氧化钴纳米空心球研磨成粉末，放在瓷舟中于管式炉中，在甲烷/氨气/氩气氛围下以5℃/min的速率加热，先升高到200℃加热1h，再加热到900℃煅烧4h，得到钴氮碳纳米空心球催化剂(Co@NC-1)。
实施例二
(1)称取1.25g五水硫酸铜与5.55g F127加入到200mL乙二醇溶液中，室温下搅拌4h，配置50mL的1mol/L氢氧化钠溶液，搅拌完全溶解后，缓慢加入氢氧化钠溶液，然后加入50mL 0.2mol/L抗坏血酸溶液，在80℃温度下反应1h，所得产物经过过滤、洗涤和干燥得到氧化亚铜空心球。
(2)称取150mg的氧化亚铜空心球分散到去离子水与乙醇混合溶液(体积比为1：1)中，加入100毫升2mol/L硫代硫酸钠溶液和100毫升1mol/L氯化钴溶液，经搅拌、过滤、洗涤得到氢氧化钴纳米空心球。
(3)称取100mg氢氧化钴纳米空心球研磨成粉末，放在瓷舟中于管式炉中，在甲烷/氨气/氩气氛围下以5℃/min的速率加热，先升高到200℃加热1h，再加热到1000℃煅烧3h，得到钴氮碳纳米空心球催化剂(Co@NC-2)。
采用本发明的制备工艺具有以下积极的效果：
(1)本发明合成工艺简单、成本低廉，大大提升了镁空气燃料电池催化剂的制备效率和成品质量。
(2)用本发明方法制得的催化剂性能优越，其氧还原性能优异,可媲美铂碳催化剂，在大电流密度下，能够输出较高的工作电压，稳定性好。
(3)本发明所述的氧催化剂为非贵金属复合材料，所用原料易于购买和制备，资源丰富且价格较低，其大规模制备成本低。
(4)特别氢氧化钴纳米空心球放入管式炉中高温处理的温度、时间和顺序优选为：首先以5℃/min的速率加热，先升高到200℃加热1h，再加热到800-1000℃煅烧3-5h，该工艺过程决定了催化剂氧还原性能的优异。
该方法制备的钴氮碳纳米空心球具有单分散的特点，包含活性物质纳米钴单质以及导电碳基体。本发明还可以在钴氮碳纳米空心球材料表面沉积碳材料，进一步提高其催化性能。
检测1：
将实施例1所制备的钴氮碳纳米空心球催化剂(Co@NC-1)做成电极在碱性溶液、1600转速中测试电催化氧还原能力(其电极制备和实验过程为现有技术，在此不再详细描述)。其电催化氧化的性能如图1所示，起峰电位为0.94V，极限电流密度为5.04mA cm-2,显示了优异的氧还原性能。
检测2：
将实施例2所制备的钴氮碳纳米空心球催化剂(Co@NC-2)做成电极在碱性溶液、1600转速中测试电催化氧还原能力(其电极制备和实验过程为现有技术，在此不再详细描述)。其电催化氧化的性能如图2所示，起峰电位为1.01V，极限电流密度为5.38mA cm-2，显示了优异的氧还原性能。
上述实施例仅为本发明的优选具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种镁空气燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1将金属铜盐和表面活性剂加入到乙二醇溶液中，再缓慢加入氢氧化钠溶液，再加入抗坏血酸溶液，然后加热反应，将所得到的产物经过过滤、洗涤和干燥得到氧化亚铜空心球；
S2将所述氧化亚铜空心球分散到去离子水与乙醇混合溶液中，再加入硫代硫酸钠溶液和氯化钴溶液，经搅拌、过滤、洗涤和干燥得到氢氧化钴空心球；
S3将所述氢氧化钴空心球研磨成粉，然后在甲烷/氨气/氩气氛围下以5℃/min的速率加热，先升高到200℃加热1h，再加热到800-1000℃煅烧3-5h，最后得到钴氮碳纳米空心球催化剂；其中所述钴氮碳纳米空心球催化剂包含活性物质纳米钴单质以及导电碳基体。
2.根据权利要求1所述镁空气燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述的金属铜盐为氯化铜、硝酸铜、醋酸铜、硫酸铜中的至少一种。
3.根据权利要求1所述镁空气燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述的表面活性剂为聚吡咯烷酮、聚乙烯醇、F127、P123、SDBS、聚乙二醇、CTAB中的任意一种或两种以上任意比例的混合液。
4.根据权利要求1-3中任一项所述镁空气燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，加热反应的温度为40-80℃，加热时间为20-60min。
5.根据权利要求4所述镁空气燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中，去离子水与乙醇按体积比1:1混合。
6.根据权利要求5所述镁空气燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，金属铜盐和表面活性剂加入到乙二醇溶液中后，反应1-4h。
7.根据权利要求6所述镁空气燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，金属铜盐和表面活性剂的质量比为1:15-1:8。
CN201910396139.5A 2019-05-14 2019-05-14 一种镁空气燃料电池催化剂的制备方法 Expired - Fee Related CN110112429B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910396139.5A CN110112429B (zh) 2019-05-14 2019-05-14 一种镁空气燃料电池催化剂的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910396139.5A CN110112429B (zh) 2019-05-14 2019-05-14 一种镁空气燃料电池催化剂的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110112429A CN110112429A (zh) 2019-08-09
CN110112429B true CN110112429B (zh) 2022-03-04

Family

ID=67489754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910396139.5A Expired - Fee Related CN110112429B (zh) 2019-05-14 2019-05-14 一种镁空气燃料电池催化剂的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110112429B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113851663B (zh) * 2021-09-23 2023-04-21 广东省国研科技研究中心有限公司 镁空气电池催化剂、镁空气电池空气阴极及其制备方法、镁空气电池和用电设备

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103199241B (zh) * 2013-04-26 2015-10-28 先进储能材料国家工程研究中心有限责任公司 一种制备表面包覆γ羟基氧化钴的球形氢氧化镍的方法
CN103387258B (zh) * 2013-08-07 2015-05-27 武汉理工大学 一种氧化亚铜纳米空心球及其合成方法、应用方法
CN103956473B (zh) * 2014-05-20 2016-08-24 浙江师范大学 一种CuO-Cu2O/石墨烯纳米复合材料及其制备方法
CN106450347B (zh) * 2016-11-02 2018-10-12 中南大学 一种纳米立方氮化钴-氮掺杂碳复合材料、制备方法和应用
CN106683908B (zh) * 2016-12-26 2018-12-14 吴中区穹窿山倪源交通器材经营部 一种非对称超级电容器的制备方法
US10559817B2 (en) * 2017-02-01 2020-02-11 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Sulfur particles coated with inorganic-organic hybrid membranes as cathode active material and batteries containing the particles
CN107482234A (zh) * 2017-08-25 2017-12-15 河南师范大学 一种硫、氮、钴共掺杂碳材料负载钯铜合金燃料电池催化剂的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110112429A (zh) 2019-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102476054B (zh) 一种Ag/MnyOx/C催化剂及其制备和应用
CN111001427B (zh) 一种钴氮共掺杂碳基电催化剂材料及制备方法
CN111001428B (zh) 一种无金属碳基电催化剂及制备方法和应用
CN107342424B (zh) 一种燃料电池用PtPdCu电催化剂的制备方法及应用
CN110813350B (zh) 一种碳基复合电催化剂及其制备方法与应用
CN110137516B (zh) 铁锡合金负载的硫氮共掺杂碳电催化剂及制备方法
CN112349921B (zh) 一种氮掺杂石墨烯空心球催化剂、制备方法及应用
CN108807949A (zh) 一种高镍锰酸锂正极材料的制备方法
CN112886029B (zh) 以中空碳纳米管为载体的双功能氧电催化剂的制备及应用
CN110904468B (zh) 一种铈掺杂磷化钨亚微米球复合材料及其制备方法与应用
CN109755600B (zh) 碳布负载镍钴氧纳米片复合材料及其制备方法和电极的应用
CN113410481A (zh) 一种Co原子掺杂多面体MOFs材料及其制备方法和应用
CN113745549A (zh) 一种负载Mn单原子的N掺杂碳多面体催化剂的制备方法
CN110120525A (zh) 铝空气电池的银单原子/二氧化锰复合催化剂的制备方法
CN114477163B (zh) 铁/氮共掺杂单原子碳催化剂及其制备方法
CN103464211B (zh) 一种MnOx/C-PTFE催化剂膏体的制备方法
CN108598499A (zh) 一种氢燃料电池催化剂的制备方法
CN110112429B (zh) 一种镁空气燃料电池催化剂的制备方法
CN108832141A (zh) 一种燃料电池用蜂窝结构镍钴硼合金催化剂及其制备方法
CN110148763B (zh) 一种具有中空纳米框架结构的Fe掺杂Mn3O4碳氮材料的制备方法和应用
CN116177556A (zh) 钠电正极材料及其前驱体、以及制备方法和应用
CN114824319A (zh) 一种N掺杂TiO2-x负载的PtCu合金纳米催化剂的制备方法和应用
CN114420950A (zh) 一种ZIF-8衍生Zn3(VO4)2电催化材料及其制备方法与应用
CN111686727A (zh) 一种负载型析氧催化剂及水电解器膜电极的制备方法
CN115074774B (zh) 一种铑基中空多孔微球/镍泡沫电极及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20220304