CN111628180A - 一种电极、其制备方法和包含该电极的钠–空气电池 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种电极、一种电极的制备方法和包含该电极的钠‑空气电池。所述电极包括：导电基体，呈花球结构的NiCoFe|P材料，其覆盖于所述导电基体的至少一个表面上，以及碳材料，其包覆在所述呈花球结构的NiCoFe|P材料花球材料表面。本发明的电池不仅有较高的放电电压，而且具有较高电池的放电比容量和输出功率密度。同时，该电池表现出较好的稳定性。
Description
技术领域
本公开涉及一种电极、电池的设计及制造，具体而言，本公开涉及一种电极、一种电极的制备方法和包含该电极的钠-空气电池。
背景技术
随着汽车工业的快速发展，能源危机和空气污染已成为制约我国及全球经济可持续发展的重大问题，为提高汽车产业竞争力、保障能源安全和发展低碳经济，新能源汽车产业化已成为国际汽车产业界的战略共识和我国科技发展的重大战略需求，当前新能源汽车的动力和储能系统虽然以锂离子电池为主，但因存在初期购置成本高，充电时间长(3-4)小时，比能量密度低(150-200瓦时/公斤)，电动汽车的续航里程短，充电配备设施少，存在安全隐患等商业化瓶颈使其市场认可度较低。因此，开发适用于电动汽车的高能量密度电池体系摆在我国科研工作者面前的迫切任务。
金属-空气电池因具有比已商业化锂离子电池高3-10倍的能量密度而成为当今的研究热点，是在新能源汽车的电源体系中可以与石油相媲美并被寄予厚望的储能装置。其中，锂-空气电池因具有较高的能量密度受到大家的广泛关注，然而由于全球的金属锂资源储量有限，大规模应用必将带来成本问题。另外，锂-空气电池相对钠-空气电池有较高的过电位，导致较低的能量效率。虽然在理论上锂-空气电池能量密度更高，但是在实验中钠-空气电池已经实现了比锂-空气电池更高的实际能量密度。总之，钠-空气电池具有能量效率高(过电位较低)、循环性能好(超氧化钠的稳定性较好)、价格更便宜的优点(钠元素的储量丰富)，极有潜力在电动汽车上应用。开展与钠-空气电池应用相关的研究对解决能源危机和环境污染具有重要意义。
然而，目前的钠空气电池存在一个普遍的挑战，即空气电极的催化效率和稳定性不好。第一，目前的催化剂主要为单向催化剂，不能满足电池在充放电过程中的能量效率；第二，催化剂的稳定性不够，绝大多数氧化物和碳材料容易在酸碱溶液中腐蚀，从而导致催化剂的催化效率和稳定性降低。因此，研究新的电极材料对混合系钠-空气电池的性能提高具有重大意义。
发明内容
技术目的
本公开的一个目的是制备出高效的用于氧还原的电极，研究不同镍盐、钴盐和钒盐的组分，优化出最适宜的物质组成和浓度，并成功制备电极。
本公开的另一个目的是提供一种电极的制备方法。
本公开的又一个目的是提供根据所述制备方法制备的电极。
本公开的再一个目的是提供一种包含所述电极的钠–空气电池。
技术方案
根据本公开的一个方面，其提供了一种电极，该电极包括：
导电基体，
呈花球结构的NiCoFe|P材料，其覆盖于所述导电基体的至少一个表面上，以及
碳材料，其包覆在所述呈花球结构的NiCoFe|P材料表面。
根据本公开的另一个方面，其提供了一种电极的制备方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
S1)将镍盐、钴盐、铁盐与模板剂均匀分散在去离子水中获得混合溶液，
S2)将导电基体与所述混合溶液在密闭条件下进行初次水热反应，从而在导电基体的表面上得到呈花球结构的NiCoFe材料，
S3)将步骤S2)中的呈花球结构的NiCoFe材料与磷源均匀混合后初次煅烧，以得到在导电基体的表面上的呈花球结构的NiCoFe|P材料，
S4)将步骤S3)中的材料进一步与碳源溶液混合并在密闭条件下进行二次水热反应，
S5)将二次水热反应的产物进行二次煅烧以得到电极，
其中，在步骤S1)中，以金属含量计，镍：钴：铁的摩尔比为2:(0.5-2):(0.5-2)；
在步骤S2)中，所述初次水热反应在100-140℃的条件下进行；
在步骤S3)中，所述初次煅烧温度是300-400℃；
在步骤S4)中，所述二次水热反应在100-140℃的条件下进行；
在步骤S5)中，所述二次煅烧温度是200-400℃。
在本申请中，所述花球结构是指由在导电基体上伸展的纳米片拼接而得到的三维结构，其中，伸展的纳米片的最外侧位于一曲面上，例如所述曲面可以大致是球面或椭球面，也即所述花球结构是外轮廓大致为球状或椭球状的类球形。
根据本公开的另一个方面，其提供了根据上述制备方法制得的电极。
根据本公开的另一个方面，其提供了包含上述电极的钠-空气电池。
有益效果
与现有技术相比，本公开提供了一种基于原位生长碳包覆的镍钴铁磷化物空气电极，并使用水系电解液的混合系钠空气电池。空气电极包括原位生长碳包覆的镍钴铁磷化物空气电极，水系电解液包括一定组成和比例的碱和钠盐，使用该电极能有效的提高电池的放电平台、能量密度和放电容量，能一定程度的提供较高的电导率并降低电池的内阻，同时，该电极能有效地减小电解液对电极的腐蚀，从而提高电池的性能，对混合系钠空气电池的商业化具有重要的意义。
附图说明
图1为实施例1的空气电极制备合成示意图。
图2为实施例1的空气电极SEM图像。
图3为实施例1的空气电极TEM图像。
图4为实施例1的空气电极HADDF图像。
图5为实施例1的空气电极交流阻抗谱图像。
图6为实验实施例1、2、3的不同空气电极CV图像。
图7为实验实施例1、2、3的不同空气电极氧还原图像。
图8为实验实施例1、2、3的不同空气电极氧析出图像。
图9为实验实施例1、2、3的不同空气电极氧析出过程塔菲尔斜率图像。
图10为实验实施例1、2、3的钠空气电池结构示意图。
图11为实验实施例3的基于NiCoFe|PC空气电极钠空气电池充放电曲线图。
图12为实验实施例3的基于NiCoFe|PC空气电极钠空气电池循环性能图。
图13为实验实施例3的基于NiCoFe|PC空气电极钠空气电池输出功率密度图。
具体实施方式
为使本领域具有普通知识的人员可了解本发明的特点及效果，以下谨就说明书及申请专利范围中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，皆具有本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。
在本文中，用语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其他任何类似用语均属于开放性连接词(open-ended transitional phrase)，其意欲涵盖非排他性的包括物。举例而言，含有复数要素的一组合物或制品并不仅限于本文所列出的这些要素而已，而是还可包括未明确列出但却是该组合物或制品通常固有的其他要素。除此之外，除非有相反的明确说明，否则用语“或”是指涵盖性的“或”，而不是指排他性的“或”。例如，以下任何一种情况均满足条件“A或B”：A为真(或存在)且B为伪(或不存在)、A为伪(或不存在)且B为真(或存在)、A和B均为真(或存在)。此外，在本文中，用语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”的解读应视为已具体公开并同时涵盖“由…所组成”及“实质上由…所组成”等封闭式或半封闭式连接词。
在本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征或条件仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值，特别是整数数值。举例而言，“1至8”的范围描述应视为已经具体公开如1至7、2至8、2至6、3至6、4至8、3至8等等所有次级范围，特别是由所有整数数值所界定的次级范围，且应视为已经具体公开范围内如1、2、3、4、5、6、7、8等个别数值。除非另有指明，否则前述解释方法适用于本发明全文的所有内容，不论范围广泛与否。
若数量或其他数值或参数是以范围、较佳范围或一系列上限与下限表示，则其应理解成是本文已特定公开了由任一对该范围的上限或较佳值与该范围的下限或较佳值构成的所有范围，不论这些范围是否有分别公开。此外，本文中若提到数值的范围时，除非另有说明，否则该范围应包括其端点以及范围内的所有整数与分数。
在本文中，在可实现发明目的的前提下，数值应理解成具有该数值有效位数的精确度。举例来说，数字40.0则应理解成涵盖从39.50至40.49的范围。
在本文中，对于使用马库什群组(Markush group)或选项式用语以描述本发明特征或实例的情形，本领域技术人员应了解马库什群组或选项列表内所有要素的次级群组或任何个别要素亦可用于描述本发明。举例而言，若X描述成“选自于由X1、X2及X3所组成的群组”，亦表示已经完全描述出X为X1的主张与X为X1及/或X2的主张。再者，对于使用马库什群组或选项式用语以描述本发明的特征或实例的情况，本领域技术人员应了解马库什群组或选项列表内所有要素的次级群组或个别要素的任何组合亦可用于描述本发明。据此，举例而言，若X描述成“选自于由X1、X2及X3所组成的群组”，且Y描述成“选自于由Y1、Y2及Y3所组成的群组”，则表示已经完全描述出X为X1或X2或X3而Y为Y1或Y2或Y3的主张。
以下具体实施方式本质上仅是例示性，且并不欲限制本发明及其用途。此外，本文并不受前述现有技术或发明内容或以下具体实施方式或实施例中所描述的任何理论的限制。
根据本公开的一个实施方式，其提供了一种电极，其包括：
导电基体，
呈花球结构的NiCoFe|P材料，其覆盖于所述导电基体的至少一个表面上，以及
碳材料，其包覆在所述呈花球结构的NiCoFe|P材料表面。
在本申请中，所述花球结构是指由在导电基体上伸展的纳米片拼接而得到的三维结构，其中，伸展的纳米片的最外侧位于一曲面上，例如所述曲面可以大致是球面或椭球面，也即所述花球结构是外轮廓大致为球状或椭球状的类球形。
使用具有这样结构的电极，可以有效地提高电极的催化效率和稳定性，从而提升制备的电池的循环性能。
根据本公开的一个实施方式，其中，所述导电基体为多孔结构的导电泡沫材料。
使用多孔结构的导电泡沫材料，可以增加所述电极与空气的接触面积，进一步提高电极的催化效率。
根据本公开的一个实施方式，其中，所述呈花球结构的NiCoFe|P材料的直径为1-20μm，优选5-20μm。
所述呈花球结构的NiCoFe|P材料的直径是指作为类球形的外轮廓的最大跨度，例如作为球状的外轮廓的直径，或者作为椭球状的外轮廓的长轴长度，即最大粒径。
根据本公开的一个实施方式，其中，所述呈花球结构的NiCoFe|P材料由所述纳米片无规拼接而组成。
根据本公开的一个实施方式，其中，所述纳米片的厚度为5-300nm，例如，所述纳米片的厚度可以为50nm，100nm或200nm等。
所述花球结构以及分层的纳米片可以大大增加电极材料的表面积，提高电极的催化活性、效率。
根据本公开的一个实施方式，其中，所述碳材料的厚度为1-100nm，优选10-100nm。
具有特定厚度的碳材料可以在不降低电极的电化学性能(催化性能)的情况下增加电极的电导率，从而可以提高电池的功率密度和循环性能。
根据本公开的一个实施方式，其提供了一种电极，尤其是上述电极的制备方法，该方法包括以下步骤：
S1)将镍盐、钴盐、铁盐与模板剂均匀分散在去离子水中获得混合溶液，
S2)将导电基体与所述混合溶液在密闭条件下进行初次水热反应，从而在导电基体的表面上得到花球结构的NiCoFe材料，
S3)将步骤S2)中的花球结构的NiCoFe材料与磷源均匀混合后初次煅烧，以得到在导电基体的表面上的花球结构的NiCoFe|P材料，
S4)将步骤S3)中的材料进一步与碳源溶液混合并在密闭条件下进行二次水热反应，
S5)将二次水热反应的产物进行二次煅烧以得到电极，
其中，在步骤S1)中，以金属含量计，镍：钴：铁的摩尔比为2:(0.5-2):(0.5-2)，更优选为2:(0.5-1):(0.5-1)，最优选为2:1:1；
在步骤S2)中，所述初次水热反应在100-140℃的条件下进行；
在步骤S3)中，所述初次煅烧温度是300-400℃；
在步骤S4)中，所述二次水热反应在100-140℃的条件下进行；
在步骤S5)中，所述二次煅烧的温度是200-400℃。
使用上述方法可以制备出包覆了碳材料的，具有所述花球结构的NiCoFe|P材料，在本文中也被称为NiCoFe|PC。
根据本公开的一个实施方式，其中，
在步骤S1)中，所使用的镍盐、钴盐和铁盐各自独立地选自镍、钴、铁的硝酸盐、硫酸盐或氯化物，所用的模板剂为尿素和NH4F；
在步骤S2)中，所述导电基体为多孔结构的导电泡沫材料；
在步骤S3)中，所述磷源是次亚磷酸盐；所述次亚磷酸盐优选选自次亚磷酸钠、次亚磷酸钾、次亚磷酸铵；
在步骤S4)中，所述碳源是柠檬酸、柠檬酸盐或蔗糖。
根据本公开的一个实施方式，所述磷源是次亚磷酸钠，且所述碳源是蔗糖。
根据本公开的一个实施方式，其中，所用的镍盐、钴盐和铁盐的浓度各自为0.1-10mol/L；
根据本公开的一个实施方式，其中，所用的尿素的浓度为0.1-10mol/L；
根据本公开的一个实施方式，其中，所用的NH4F的浓度为0.1-10mol/L；
根据本公开的一个实施方式，其中，所述导电基体为多孔结构的镍基泡沫材料。
根据本公开的一个实施方式，其中，所述初次煅烧的时间为1-10小时，优选1-5小时，更优选1-3小时。
根据本公开的一个实施方式，其中，所述初次水热反应时间为3-40小时，优选5-30小时，更优选8-20小时。
根据本公开的一个实施方式，其中，所述二次水热反应时间为1-25小时，优选1-20小时，更优选1-14小时。
根据本公开的一个实施方式，其中，所述二次煅烧的时间为1-10小时，优选1-5小时，更优选1-3小时。
使用上述特定的原料化合物、导电基体和反应参数，可以有效地控制制备的电极的结构和组成，从而可以实现期望的由该电极制备的电池的性能。
根据本公开的一个实施方式，其提供了一种电极，其根据上述制备方法制得。
根据本公开的一个实施方式，其提供了一种钠-空气电池，其包括上述的电极，并包括液态阳极、固态电解质、水系电解液。
所述钠-空气电池具有优异的电化学性能，如能量密度、放电容量、循环性能等。
根据本公开的一个实施方式，其中，所述液态阳极为联苯钠溶液，所述固态电解质为Al2O3或NASICON快离子导体，所述水系电解液为NaOH水溶液。
其中所述NASICON快离子导体是Na1+xZr2SixP3-xO12,0<x<3，优选x＝2，即快离子导体为Na3Si2Zr2PO12。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
对比实施例1：
将2.8mmol的Ni(NO3)2·6H2O和1.4mmol的Co(NO3)3·6H2O溶解在40mL去离子水中；然后在连续搅拌下缓慢加入1.44g尿素和0.44g NH4F。然后将经盐酸，酒精和去离子水处理的镍泡沫和所得均匀溶液转移到特氟隆衬里的不锈钢高压釜中，将其密封并保持在120℃，保持9小时的反应时间。在冷却至室温后，取出具有合成产物的基底并通过使用去离子水和乙醇通过超声波处理来清洁表面上松散附着的产物，然后产物在80℃下完全干燥，命名为NiCo-LDH，即，以Ni、Co为金属成分的层状双金属氢氧化物。
对比实施例2：
将2.8mmol的Ni(NO3)2·6H2O、1.4mmol的Co(NO3)3·6H2O和1.4mmol的Fe(NO3)3·6H2O溶解在40mL去离子水中；然后在连续搅拌下缓慢加入1.44g尿素和0.44g NH4F。然后将经和对比实施例1相同预处理的镍泡沫和所得均匀溶液转移到特氟隆衬里的不锈钢高压釜中，将其密封并保持在120℃，保持9小时的反应时间。在冷却至室温后，取出具有合成产物的基底并通过使用去离子水和乙醇通过超声波处理来清洁表面上松散附着的产物，然后产物在80℃下完全干燥,命名为NiCoFe-LDH，即，以Ni、Co、Fe为金属成分的层状双金属氢氧化物，未磷化处理。
对比实施例3：
将2.8mmol的Ni(NO3)2·6H2O和1.4mmol的Co(NO3)3·6H2O溶解在40mL去离子水中；然后在连续搅拌下缓慢加入1.44g尿素和0.44g NH4F。然后将经和对比实施例1相同预处理的镍泡沫和所得均匀溶液转移到特氟隆衬里的不锈钢高压釜中，将其密封并保持在120℃，保持9小时的反应时间。在冷却至室温后，取出具有合成产物的基底并通过使用去离子水和乙醇通过超声波处理来清洁表面上松散附着的产物，然后产物在80℃下完全干燥。然后，具有生长的NiCoFe-LDH前体的衬底在Ar气氛中，以次亚磷酸钠为磷源进行磷化处理，以2℃/分钟的温度升温速率在350℃下煅烧2小时，命名为NiCo|P，即，进行了磷化处理的包含Ni、Co成分的电极。
对比实施例4：
将2.8mmol的Ni(NO3)2·6H2O、1.4mmol的Co(NO3)3·6H2O和1.4mmol的Fe(NO3)3·6H2O溶解在40mL去离子水中；然后在连续搅拌下缓慢加入1.44g尿素和0.44g NH4F。然后将经和对比实施例1相同预处理的镍泡沫和所得均匀溶液转移到特氟隆衬里的不锈钢高压釜中，将其密封并保持在120℃，保持9小时的反应时间。在冷却至室温后，取出具有合成产物的基底并通过使用去离子水和乙醇通过超声波处理来清洁表面上松散附着的产物，然后产物在80℃下完全干燥。然后，具有生长的NiCoFe-LDH前体的衬底在Ar气氛中，以次亚磷酸钠为磷源进行磷化处理，以2℃/分钟的温度升温速率在350℃下煅烧2小时，命名为NiCoFe|P，即，进行了磷化处理的包含Ni、Co、Fe成分的电极。
实施例1：
将2.8mmol的Ni(NO3)2·6H2O、1.4mmol的Co(NO3)3·6H2O和1.4mmol的Fe(NO3)3·6H2O溶解在40mL去离子水中；然后在连续搅拌下缓慢加入1.44g尿素和0.44g NH4F。然后将经和对比实施例1相同预处理的镍泡沫和所得均匀溶液转移到特氟隆衬里的不锈钢高压釜中，将其密封并保持在120℃，以进行9小时的第一次的水热反应。在冷却至室温后，取出具有合成产物的基底并通过使用去离子水和乙醇通过超声波处理来清洁表面上松散附着的产物，然后产物在80℃下完全干燥。然后，具有生长的NiCoFe-LDH前体的衬底在Ar气氛中，以次亚磷酸钠为磷源进行磷化处理，以2℃/分钟的温度升温速率在350℃下煅烧2小时。将磷化产物与蔗糖溶液混合倒入反应釜中，120℃下水热反应3h，洗涤干燥，在300℃进行碳化2小时，得到最终产物电极,命名为NiCoFe|PC，即，根据本公开的方案的进行了磷化处理和碳包覆的包含Ni、Co、Fe成分的电极。
如图1所示，示出了实施例1中的空气电极的合成示意图。其中，特定比例的Ni、Co、Fe盐在水热反应条件下在作为导电基体的泡沫镍的表面成核并生长成本发明所述的纳米花球结构，接着在磷化处理过程中得到磷化后的产物，然后在碳化处理中包覆了一层碳。
对实施例1中的空气电极进行SEM观测，得到了如图2所示的SEM图像。从图2中可以看出，所述纳米花球的直径约为10μm，构成花球的纳米片的厚度约为200nm。
对实施例1中的空气电极进行TEM观测，得到了如图3所示的TEM图像。从图3中可以看出，纳米片具有凸起结构。
对实施例1中的空气电极进行高角度环形暗场成像(HADDF)，得到了如图4所示的HADDF图像。从图4中可以看出，包覆的碳材料的厚度为约20nm。
实施例2：
除了将第一次水热反应的时间改为12小时以外，以与实施例1相同的方式得到电极，即，根据本公开的方案的进行了磷化处理和碳包覆的包含Ni、Co、Fe成分的电极。
实施例3：
除了将第一次水热反应的时间改为15小时以外，以与实施例1相同的方式得到电极，即，根据本公开的方案的进行了磷化处理和碳包覆的包含Ni、Co、Fe成分的电极。
实施例4：
除了将第一次水热反应的时间改为18小时以外，以与实施例1相同的方式得到电极，即，根据本公开的方案的进行了磷化处理和碳包覆的包含Ni、Co、Fe成分的电极。
实验实施例1:以联苯钠为液态阳极，Na3Si2Zr2PO12为固体电解质，0.1mol/L NaOH为水系电解液，以对比实施例3中的NiCo|P电极作为催化剂，组装钠空气电池。
实验实施例2:以联苯钠为液态阳极，NaSICON为固体电解质，0.1mol/L NaOH为水系电解液，以对比实施例4中的NiCoFe|P电极作为催化剂，组装钠空气电池。
实验实施例3:以联苯钠为液态阳极，NaSICON为固体电解质，0.1mol/L NaOH为水系电解液，以实施例1中的NiCoFe|PC电极作为催化剂，组装钠空气电池。
对实施例1、对比实施例4、对比实施例3和对比实施例1中的电极分别进行交流阻抗谱图像测试，其结果列于图5中。由图5可以看出，进行了磷化处理和碳包覆的NiCoFe|PC花球材料的导电性能优异，而仅进行磷化处理、但未包覆碳材料的NiCoFe|P花球，仅进行磷化处理、但未包覆碳材料的NiCo|P花球，未进行磷化处理也未包覆碳材料的NiCo-LDH花球的导电性能较差。
对实施例1、对比实施例4、对比实施例3和对比实施例1中的电极，以及Pt/C电极分别进行循环伏安测试，其结果列于图6中。由图6可以看出，进行了磷化处理和碳包覆的NiCoFe|PC花球材料的氧还原性能最好，而仅进行磷化处理，但未包覆碳材料的NiCoFe|P花球、仅进行磷化处理，但未包覆碳材料的NiCo|P花球、未进行磷化处理也未包覆碳材料的NiCo-LDH花球的氧还原性能较差。
对实施例1、对比实施例4、对比实施例3和对比实施例1中的电极，以及Pt/C电极分别进行氧还原测试，其结果列于图7中。由图7可以看出，进行了磷化处理和碳包覆的NiCoFe|PC花球材料的氧还原性能最好，而仅进行磷化处理，但未包覆碳材料的NiCoFe|P花球、仅进行磷化处理，但未包覆碳材料的NiCo|P花球、未进行磷化处理也未包覆碳材料的NiCo-LDH花球的氧还原性能较差。
对实施例1、对比实施例4、对比实施例3和对比实施例1中的电极，以及Ir/C电极分别进行氧析出测试，其结果列于图8中。由图8可以看出，进行了磷化处理和碳包覆的NiCoFe|PC花球材料的氧析出性能最好，而仅进行磷化处理，但未包覆碳材料的NiCoFe|P花球、仅进行磷化处理，但未包覆碳材料的NiCo|P花球、未进行磷化处理也未包覆碳材料的NiCo-LDH花球的氧析出性能较差。
上述电极的氧析出过程的塔菲尔斜率图像示于图9中。由图9可以看出，进行了磷化处理和碳包覆的NiCoFe|PC花球材料的氧析出性能最好，而仅进行磷化处理，但未包覆碳材料的NiCoFe|P花球、仅进行磷化处理，但未包覆碳材料的NiCo|P花球、未进行磷化处理也未包覆碳材料的NiCo-LDH花球的氧析出性能较差。
实验实施例1、2、3的钠空气电池的结构示意图如图10所示。
实验实施例3的钠-空气电池的充放电曲线图如图11所示，图11中显示的是0.01mAcm-2的电流密度下的充放电曲线图，此时NiCoFe|PC花球材料具有最好的放电电压和放电效率。
实验实施例3的钠-空气电池的循环性能图如图12所示，从图12可以看出，NiCoFe|PC花球材料具有最好的放电效率和循环性能。
实验实施例3的钠-空气电池的输出功率密度图如图13所示，从图13可以看出，在600-800mA/g的电流密度区间可以实现约600mW/g的最大输出功率，由此可以看出，在特定电压条件下，所述钠-空气电池可以实现稳定的功率输出。
Claims (10)
1.一种电极，其特征在于，所述电极包括：
导电基体，
呈花球结构的NiCoFe|P材料，其覆盖于所述导电基体的至少一个表面上，以及
碳材料，其包覆在所述呈花球结构的NiCoFe|P材料表面。
2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述导电基体为多孔结构的导电泡沫材料。
3.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述呈花球结构的NiCoFe|P材料的直径为1-20μm。
4.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述纳米片的厚度为5-300nm。
5.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述碳材料的厚度为1-100nm。
6.一种电极的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1)将镍盐、钴盐、铁盐与模板剂均匀分散在去离子水中获得混合溶液，
S2)将导电基体与所述混合溶液在密闭条件下进行初次水热反应，从而在导电基体的表面上得到呈花球结构的NiCoFe材料，
S3)将步骤S2)中的呈花球结构的NiCoFe材料与磷源均匀混合后初次煅烧，以得到在导电基体的表面上的呈花球结构的NiCoFe|P材料，
S4)将步骤S3)中的材料进一步与碳源溶液混合并在密闭条件下进行二次水热反应，
S5)将二次水热反应的产物进行二次煅烧以得到电极，
其中，在步骤S1)中，以金属含量计，镍：钴：铁的摩尔比为2:(0.5-2):(0.5-2)；
在步骤S2)中，所述初次水热反应在100-140℃的条件下进行；优选所述初次水热反应时间为3-40小时；
在步骤S3)中，所述初次煅烧温度是300-400℃；优选初次煅烧的时间为1-10小时；
在步骤S4)中，所述二次水热反应在100-140℃的条件下进行；优选二次水热反应时间为1-25小时；
在步骤S5)中，所述二次煅烧的温度是200-400℃；优选二次煅烧的时间为1-10小时。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，
在步骤S1)中，所使用的镍盐、钴盐和铁盐各自独立地选自镍、钴、铁的硝酸盐、硫酸盐或氯化物，所用的模板剂为尿素和NH4F；
在步骤S2)中，所述导电基体为多孔结构的导电泡沫材料；
在步骤S3)中，所述磷源是次亚磷酸盐；
在步骤S4)中，所述碳源是柠檬酸、柠檬酸盐或蔗糖。
8.一种电极，其根据权利要求6或7的制备方法制得。
9.一种钠-空气电池，其特征在于包括：根据权利要求1-5和8中任一项所述的电极、液态阳极、固态电解质、水系电解液。
10.根据权利要求9所述的钠-空气电池，其中，所述液态阳极为联苯钠溶液，所述固态电解质为Al2O3或NaSICON快离子导体，所述水系电解液为NaOH水溶液。
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2020
- 2020-06-09 CN CN202010518801.2A patent/CN111628180A/zh active Pending
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