CN113972381B - 硫电极电化学反应双功能催化剂及其制备方法 - Google Patents

硫电极电化学反应双功能催化剂及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113972381B
CN113972381B CN202111234360.4A CN202111234360A CN113972381B CN 113972381 B CN113972381 B CN 113972381B CN 202111234360 A CN202111234360 A CN 202111234360A CN 113972381 B CN113972381 B CN 113972381B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sulfur electrode
electrochemical reaction
bifunctional catalyst
preparation
weight ratio
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
CN202111234360.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113972381A (zh
Inventor
曾帅波
徐伟
彭静
郑浩荣
王琼
高群
屈慕超
伍强
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.)
Guangdong Polytechnic Normal University
Original Assignee
Guangdong Polytechnic Normal University
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 Guangdong Polytechnic Normal University filed Critical Guangdong Polytechnic Normal University
Priority to CN202111234360.4A priority Critical patent/CN113972381B/zh
Publication of CN113972381A publication Critical patent/CN113972381A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113972381B publication Critical patent/CN113972381B/zh
Active 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
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • 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
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • 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
    • 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)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明涉及电化学储能技术领域，为了解决硫电极反应过程中硫和金属锂的可逆反应反应速度慢导致倍率充放电性能差的问题，公开了硫电极电化学反应双功能催化剂及其制备方法，所述硫电极电化学反应双功能催化剂的制备方法，包括以下步骤：按照0.1：（150‑300）：（4‑8）的重量比称取硫酸氧钛、去离子水和浓硫酸，将浓硫酸缓慢导入量取的去离子水中。本发明制备的硫电极电化学反应双功能催化剂材料，可明显提高硫电极倍率特性；优化了双功能催化剂材料的制备过程和产率，降低了合成的单位成本；本发明有效解决了硫电极反应过程中硫和金属锂的可逆反应反应速度慢导致倍率充放电性能差的问题。

Description

硫电极电化学反应双功能催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及电化学储能技术领域，尤其涉及硫电极电化学反应双功能催化剂及其制备方法。
背景技术
锂硫电池其低温性能较好，在寒冷北方依然能正常充放电，且锂硫电池的理论能量密度远高于现在传统的三元锂离子/石墨电池和和磷酸铁锂/石墨电池。
目前锂硫电池硫电极导电性差和负载低的技术难点已经被攻克，但循环性差技术难点依然是存在。循环性能差的主要内在机理为硫电极迟滞的氧化还原反应动力学使得放电终产物不能快速沉积，加重了中间高阶多硫化合物的溶解和穿梭。研究者通常将硫负载到碳材料中，利用多孔碳材料的物理吸附左右，吸附溶解的多硫化锂，但这并没有彻底消除循环性能差的弊端，制备的电池循环特性和倍率特性依然很差。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的硫电极电化学反应双功能催化剂及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
硫电极电化学反应双功能催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照0.1：（150-300）：（4-8）的重量比称取硫酸氧钛、去离子水和浓硫酸，将浓硫酸缓慢导入量取的去离子水中，然后加入量取的硫酸氧钛均匀混合，获得混合溶液A；
步骤2：按照0.1：（0.2-0.3）的重量比称取硫酸氧钛和工业铝粉，待混合溶液A中硫酸氧钛溶解后，加入量取的工业铝粉，获得混合溶液B，持续搅拌16h-28h后，将混合溶液B离心和乙醇水洗并干燥，获得固态白色物质C；
步骤3：将固态白色物质C放置于有氮气气氛的管式炉中，并在炉膛上风口放置和固态白色物质C同样重量的硫脲，在升温速度4-20℃/min，氮气流速为60-300ml/min的环境下，升温到300-600℃并保温0.5-3h，获得固态粉末D；
步骤4：用二硫化碳浸泡步骤3中获得的固态粉末D，然后用盐酸和极性溶剂洗涤粉末，干燥后即可获得硫电极电化学反应双功能催化剂。
优选的，所述步骤1中硫酸氧钛、去离子水和浓硫酸的重量比为0.1：200：5。
优选的，所述步骤1中硫酸氧钛、去离子水和浓硫酸的重量比为0.1：（180-300）：4。
优选的，所述步骤2中硫酸氧钛和工业铝粉的重量比为0.1：0.25；
混合溶液B的搅拌时长为18h。
优选的，所述所述步骤2中硫酸氧钛和工业铝粉的重量比为0.1：0.3；
混合溶液B的搅拌时长为16h-28h。
优选的，所述步骤3中固态白色物质C在管式炉中升温速度10℃/min，氮气流速为200ml/min的环境下，升温到400℃并保温1h，获得固态粉末D。
优选的，所述步骤3中固态白色物质C在管式炉中升温速度20℃/min，氮气流速为80ml/min的环境下，升温到600℃并保温0.5h，获得固态粉末D。
优选的，所述步骤3中固态白色物质C在管式炉中升温速度4℃/min，氮气流速为280ml/min的环境下，升温到320℃并保温3h，获得固态粉末D。
上述的硫电极电化学反应双功能催化剂的制备方法制备所得的硫电极电化学反应双功能催化剂，所述硫电极电化学反应双功能催化剂为球形结构，主要组成是双掺杂的二氧化钛微米粒子。
本发明的有益效果为：
本发明制备的硫电极电化学反应双功能催化剂材料，可明显提高硫电极倍率特性；优化了双功能催化剂材料的制备过程和产率，降低了合成的单位成本；本发明解决了锂硫电池硫电极商用存在的一些卡脖子问题，为设计有很好电催化活性的电极材料提供了实验依据，且该添加剂电化学催化，能量存储领域具有广阔的应用空间。
附图说明
图1为本发明实施例1提出的硫电极电化学反应双功能催化剂扫描电镜图；
图2为本发明实施例2提出的硫电极电化学反应双功能催化剂高倍扫描电镜图；
图3为本发明实施例3提出的硫电极电化学反应双功能催化剂负载硫后的扫描电镜图；
图4为本发明实施例2提出的硫电极电化学反应双功能催化剂负载硫后的高倍扫描电镜图；
图5为本发明实施例3提出的硫电极电化学反应双功能催化剂透射电镜图；
图6为本发明实施例2提出的硫电极电化学反应双功能催化剂高倍透射电镜图；
图7为加入本发明实施例1提出的硫电极电化学反应双功能催化剂后的锂硫电池倍率性能曲线；
图8为加入本发明实施例2提出的硫电极电化学反应双功能催化剂后的锂硫电池循环性能曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施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。
实施例1
称取0.1克硫酸氧钛、200克去离子水和5克浓硫酸，将浓硫酸缓慢导入去离子水中，然后加入硫酸氧钛均匀混合，获得混合溶液A；称取0.1克硫酸氧钛和0.25克工业铝粉，待混合溶液A中硫酸氧钛溶解后，加入量取的工业铝粉，获得混合溶液B，持续搅拌18小时后，将混合溶液B离心和乙醇水洗并干燥，获得固态白色物质C；
将将固态白色物质C放置于有氮气气氛的管式炉中，并在炉膛上风口放置和固态白色物质C同样重量的硫脲，在升温速度10℃/min，氮气流速为200ml/min的环境下，升温到400℃并保温1h，获得固态粉末D；用二硫化碳浸泡步骤3中获得的粉末D，然后用盐酸和去离子水洗涤粉末，干燥后即可获得硫电极电化学反应双功能催化剂。
实施例2
称取0.1克硫酸氧钛、180克去离子水和4克浓硫酸，将浓硫酸缓慢导入去离子水中，然后加入硫酸氧钛均匀混合，获得混合溶液A；称取0.1克硫酸氧钛和0.3克工业铝粉，待混合溶液A中硫酸氧钛溶解后，加入量取的工业铝粉，获得混合溶液B，持续搅拌16小时后，将混合溶液B离心和乙醇水洗并干燥，获得固态白色物质C；
将将固态白色物质C放置于有氮气气氛的管式炉中，并在炉膛上风口放置和固态白色物质C同样重量的硫脲，在升温速度20℃/min，氮气流速为80ml/min的环境下，升温到600℃并保温0.5h，获得固态粉末D；用二硫化碳浸泡步骤3中获得的粉末D，然后用盐酸和去离子水洗涤粉末，干燥后即可获得硫电极电化学反应双功能催化剂。
实施例3
称取0.1克硫酸氧钛、300克去离子水和4克浓硫酸，将浓硫酸缓慢导入去离子水中，然后加入硫酸氧钛均匀混合，获得混合溶液A；称取0.1克硫酸氧钛和0.3克工业铝粉，待混合溶液A中硫酸氧钛溶解后，加入量取的工业铝粉，获得混合溶液B，持续搅拌28小时后，将混合溶液B离心和乙醇水洗并干燥，获得固态白色物质C；
将将固态白色物质C放置于有氮气气氛的管式炉中，并在炉膛上风口放置和固态白色物质C同样重量的硫脲，在升温速度4℃/min，氮气流速为280ml/min的环境下，升温到320℃并保温3h，获得固态粉末D；用二硫化碳浸泡步骤3中获得的粉末D，然后用盐酸和去离子水洗涤粉末，干燥后即可获得硫电极电化学反应双功能催化剂。
上述实施例1-3材料表征和电化学性能测试所用仪器：
形貌测试：使用设备名为“FEI”的扫描电子显微镜和设备名为“G2 F20FEITecnai”的高分辨透射电子显微镜；
硫含量测试：使用梅特勒METTLER热重仪器检测；
电化学性能测试：使用上海辰华公司生产的CHI6600E 电化学工作站对电池的循环伏安和交流阻抗的进行测试；
充放电测试：使用武汉蓝电电池测试系统，电流和电压的最高量程分别为20 mA和5 V。
本发明制备的硫电极电化学反应双功能催化剂材料，可明显提高硫电极倍率特性；优化了双功能催化剂材料的制备过程和产率，降低了合成的单位成本；本发明解决了锂硫电池硫电极商用存在的一些卡脖子问题，为设计有很好电催化活性的电极材料提供了实验依据，且该添加剂电化学催化，能量存储领域具有广阔的应用空间。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.硫电极电化学反应双功能催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：按照0.1：（150-300）：（4-8）的重量比称取硫酸氧钛、去离子水和浓硫酸，将浓硫酸缓慢导入量取的去离子水中，然后加入量取的硫酸氧钛均匀混合，获得混合溶液A；
步骤2：按照0.1：（0.2-0.3）的重量比称取硫酸氧钛和工业铝粉，待混合溶液A中硫酸氧钛溶解后，加入量取的工业铝粉，获得混合溶液B，持续搅拌16h-28h后，将混合溶液B离心和乙醇水洗并干燥，获得固态白色物质C；
步骤3：将固态白色物质C放置于有氮气气氛的管式炉中，并在炉膛上风口放置和固态白色物质C同样重量的硫脲，在升温速度4-20℃/min，氮气流速为60-300ml/min的环境下，升温到300-600℃并保温0.5-3h，获得固态粉末D；
步骤4：用二硫化碳浸泡步骤3中获得的固态粉末D，然后用盐酸和极性溶剂洗涤粉末，干燥后即可获得硫电极电化学反应双功能催化剂。
2.根据权利要求1所述的硫电极电化学反应双功能催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中硫酸氧钛、去离子水和浓硫酸的重量比为0.1：200：5。
3.根据权利要求1所述的硫电极电化学反应双功能催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中硫酸氧钛、去离子水和浓硫酸的重量比为0.1：（180-300）：4。
4.根据权利要求1所述的硫电极电化学反应双功能催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中硫酸氧钛和工业铝粉的重量比为0.1：0.25；
混合溶液B的搅拌时长为18h。
5.根据权利要求1所述的硫电极电化学反应双功能催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中硫酸氧钛和工业铝粉的重量比为0.1：0.3；
混合溶液B的搅拌时长为16h-28h。
6.根据权利要求1所述的硫电极电化学反应双功能催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中固态白色物质C在管式炉中升温速度10℃/min，氮气流速为200ml/min的环境下，升温到400℃并保温1h，获得固态粉末D。
7.根据权利要求1所述的硫电极电化学反应双功能催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中固态白色物质C在管式炉中升温速度20℃/min，氮气流速为80ml/min的环境下，升温到600℃并保温0.5h，获得固态粉末D。
8.根据权利要求1所述的硫电极电化学反应双功能催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中固态白色物质C在管式炉中升温速度4℃/min，氮气流速为280ml/min的环境下，升温到320℃并保温3h，获得固态粉末D。
9.如权利要求1-8任一所述的硫电极电化学反应双功能催化剂的制备方法制备所得的硫电极电化学反应双功能催化剂，其特征在于，所述硫电极电化学反应双功能催化剂为球形结构，主要组成是双掺杂的二氧化钛微米粒子。
CN202111234360.4A 2021-10-22 2021-10-22 硫电极电化学反应双功能催化剂及其制备方法 Active CN113972381B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111234360.4A CN113972381B (zh) 2021-10-22 2021-10-22 硫电极电化学反应双功能催化剂及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111234360.4A CN113972381B (zh) 2021-10-22 2021-10-22 硫电极电化学反应双功能催化剂及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113972381A CN113972381A (zh) 2022-01-25
CN113972381B true CN113972381B (zh) 2023-03-31

Family

ID=79587974

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111234360.4A Active CN113972381B (zh) 2021-10-22 2021-10-22 硫电极电化学反应双功能催化剂及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113972381B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114604892A (zh) * 2022-03-24 2022-06-10 广东技术师范大学 一种双掺杂中空球材料的制备方法及其在锂硫电池中的应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008081957A1 (ja) * 2006-12-26 2008-07-10 Toho Titanium Co., Ltd 金属含有硫黄導入酸化チタンの製造方法および金属含有硫黄導入酸化チタン
CN104785246A (zh) * 2015-04-13 2015-07-22 国电环境保护研究院 基于偏钛酸原料的锰铈负载型低温scr催化剂制备方法
CN105152216A (zh) * 2015-09-22 2015-12-16 中国华电工程(集团)有限公司 一种从废烟气脱硝催化剂中回收Ti和W的方法及装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008081957A1 (ja) * 2006-12-26 2008-07-10 Toho Titanium Co., Ltd 金属含有硫黄導入酸化チタンの製造方法および金属含有硫黄導入酸化チタン
CN104785246A (zh) * 2015-04-13 2015-07-22 国电环境保护研究院 基于偏钛酸原料的锰铈负载型低温scr催化剂制备方法
CN105152216A (zh) * 2015-09-22 2015-12-16 中国华电工程(集团)有限公司 一种从废烟气脱硝催化剂中回收Ti和W的方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN113972381A (zh) 2022-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021057334A1 (zh) 一种纳米立方体双金属硒化物材料的制备方法及其应用
CN110649271B (zh) 一种Co-N/C@MoS2复合材料及其制备方法和在锂空气电池中的应用
CN110571416B (zh) 一种过渡金属硒硫复合物及其制备方法
CN111952572A (zh) 一种含有单原子活性位点的钴镍双金属氮掺杂碳复合材料及其制备方法和应用
CN111153448B (zh) 竹/木基纳米纤维素限域过渡金属氧化物电极材料的制备方法及应用
CN112563586B (zh) 一种基于卤键作用提升锌碘电池性能的方法
CN113054183A (zh) 一种CoNi双金属有机框架衍生碳硫复合材料的制备方法
CN110581264B (zh) 一种高性能镍锌电池负极活性材料及其制备方法
CN113620272B (zh) 一种钠离子电池负极材料的制备方法
CN111682179A (zh) 一种水系锌离子二次电池正极材料的制备方法
CN105931857A (zh) 具有多孔结构的钴酸镧亚微米球电极材料制备方法
CN112331830A (zh) 一种石墨烯包覆镍钴锰三元正极材料的制备方法
CN112038614B (zh) 一种钠离子电池用负极材料及其制备方法
CN105006557A (zh) 一种纳米金属阀门封装的锂硫电池正极材料的制备方法
CN113972381B (zh) 硫电极电化学反应双功能催化剂及其制备方法
CN114477163B (zh) 铁/氮共掺杂单原子碳催化剂及其制备方法
CN103682343A (zh) 锡化钴/聚苯胺复合材料及其制备方法和应用
CN111302403A (zh) 一种四氧化三铁@二硫化铁纳米复合材料的制备方法及其应用
CN108630916B (zh) 一种细菌纤维素负载钛铌氧复合材料及其制备方法和应用
CN112117453B (zh) 一种新型锂硫电池正极复合材料及其制备方法
CN116900326A (zh) 一种ZIF衍生物Co纳米颗粒的制备方法及锌空电池
CN113903915B (zh) 一种石墨烯包覆多孔氧化铅-硫化铅复合材料的制备方法
CN113087014B (zh) 一种碳/硒掺杂的二氧化钛锂硫电池正极材料的制备方法
CN114566656A (zh) 基于分子构型调控策略构筑双功能电催化剂的制备方法及其在锌-空气电池中的应用
CN113353906A (zh) 非晶态铁掺杂磷酸镍-碳复合纳米球的制备方法及应用于电极催化剂

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