專利名稱：一種鋅空氣電池電催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)電源技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種鋅空氣電池電催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
鋅空氣電池是一種以空氣中的氧氣為正極活性物質(zhì)，金屬鋅為負(fù)極活性物質(zhì)，在催化劑的催化作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的一種化學(xué)電源，具有比能量高、放電電壓平穩(wěn)、原材料豐富易得、價(jià)格低廉、無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。因此，鋅空氣電池是堿性鋅錳電池和普通干電池的升級(jí)換代產(chǎn)品，具有巨大的應(yīng)用市場(chǎng)。但是，由于鋅空氣電池的放電電流密度較小，從而大大地限制了鋅空氣電池的應(yīng)用領(lǐng)域及其實(shí)用化步伐。鋅空氣電池放電電流密度的大小與其空氣擴(kuò)散電極所用的電催化劑密切相關(guān)。迄今，曾被作為鋅空氣電池電催化劑進(jìn)行較深入研究的主要有金屬Pt、Ag、金屬鰲合物、尖晶石型金屬氧化物、鈣鈦礦型金屬氧化物等。其中，尖晶石型金屬氧化物電催化劑LiMn2-xCoxO4(0≤x≤1)具有放電電流密度大、原材料便宜易得、結(jié)構(gòu)和電性能都穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而被認(rèn)為是鋅空氣電池的最佳電催化劑。曾被用作合成該尖晶石型電催化劑LiMn2-xCoxO4的方法有高溫固相法和溶膠凝膠法。高溫固相法是把合成所需要的固體原料混合、研磨，然后置于高溫爐中加熱煅燒，依靠固體顆粒之間的擴(kuò)散互溶發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來得到預(yù)期的反應(yīng)產(chǎn)物。溶膠凝膠法的原理是將反應(yīng)所需的無機(jī)原料先溶解于溶劑中，形成均勻的溶液，然后溶質(zhì)和溶劑之間發(fā)生水解反應(yīng)(或其它反應(yīng))，反應(yīng)生成物聚集形成溶膠。溶膠經(jīng)蒸發(fā)干燥后形成具有一定空間結(jié)構(gòu)的凝膠，凝膠再經(jīng)高溫?zé)崽幚矶苽涞玫剿璧漠a(chǎn)物電催化劑。然而上述方法還存在如下問題1、高溫固相法制備鋅空氣電池電催化劑LiMn2-xCoxO4時(shí)，化合物之間靠固體顆粒之間的擴(kuò)散互熔來達(dá)到獲得反應(yīng)生成物的目的。由于固體原材料的顆粒較大，且顆粒的粒徑大小不一，從而造成反應(yīng)體系的反應(yīng)速度異常緩慢，物料各個(gè)部分的反應(yīng)程度很不均一，所制備的電催化劑的結(jié)構(gòu)難以控制，所以所得電催化劑的催化活性較低。
2、溶膠凝膠法制備的鋅空氣電池電催化劑LiMn2-xCoxO4的催化活性雖然較高，但是其制作工藝較復(fù)雜，耗用時(shí)間很長(zhǎng)，反應(yīng)產(chǎn)物形成溶膠和溶膠蒸發(fā)干燥形成凝膠的過程需要在較低的溫度(70～90℃)下進(jìn)行，從而使得形成溶膠和溶膠溶劑揮發(fā)干燥成為凝膠的過程非常緩慢，生產(chǎn)的周期很長(zhǎng)，生產(chǎn)設(shè)備的占用率高、周轉(zhuǎn)慢，生產(chǎn)效率很低，產(chǎn)品的制造成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種鋅空氣電池電催化劑的制備方法。該方法不但可以有效地控制電催化劑的結(jié)構(gòu)，提高電催化劑的催化活性，而且反應(yīng)速度快，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品的制造成本低。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)所述一種鋅空氣電池電催化劑的制備方法包括如下步驟和工藝條件第一步 按物質(zhì)的原子比Li∶Mn∶Co＝1∶2-x∶x稱取各金屬元素的可溶性金屬鹽或其水溶液，加入溶劑配制成重量百分比濃度為20～50％的溶液，其中0≤x≤1；第二步 將所述溶液加熱并攪拌至沸騰，使反應(yīng)體系中大量生成黑色顆粒狀生成物，并且反應(yīng)體系中固體生成物和溶質(zhì)的質(zhì)量之和占溶液質(zhì)量的85～90％為止；第三步 將上述物料烘干至干燥；第四步將干燥后物料在400～1000℃下進(jìn)行熱處理1～24小時(shí)，冷卻至室溫，即得到具有尖晶石型晶態(tài)結(jié)構(gòu)的一種鋅空氣電池電催化劑。
為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述各金屬元素的可溶性鹽包括硝酸鹽、醋酸鹽、草酸鹽中的一種或一種以上混合物；所述溶劑包括天然水、自來水、去離子水或乙醇。
本發(fā)明是采用溶液法合成鋅空氣電池空氣擴(kuò)散電極的電催化劑的。該方法是按照尖晶石型晶態(tài)結(jié)構(gòu)的金屬復(fù)合氧化物的化學(xué)計(jì)量，把反應(yīng)所需的無機(jī)原料先溶解于溶劑中成為均相的溶液，使反應(yīng)物無機(jī)原料之間達(dá)到分子(實(shí)際上是離子)水平的混合，然后對(duì)溶液進(jìn)行加熱，使無機(jī)鹽離子之間發(fā)生迅速、均勻、徹底的化學(xué)反應(yīng)。在加熱之下，隨著溶液的蒸發(fā)干燥，反應(yīng)產(chǎn)物逐漸析出，再經(jīng)熱處理使所得的產(chǎn)物發(fā)生徹底的熱分解而制備出所需的金屬氧化物電催化劑材料。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1、本發(fā)明由于反應(yīng)原料之間是分子水平的混合，屬于溶液反應(yīng)，所以反應(yīng)體系反應(yīng)迅速、均勻、徹底，所得電催化劑的結(jié)構(gòu)均勻、可控，電催化劑的電催化活性高、化學(xué)穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)。
2、本發(fā)明整個(gè)工藝過程簡(jiǎn)單易操作，所用原材料價(jià)格低廉，體系的反應(yīng)速度快，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品的制造成本低，同時(shí)還易于進(jìn)行工業(yè)化大生產(chǎn)。


圖1是鋅空氣電池電催化劑極化曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不只限于此。
實(shí)施例一第一步 按化學(xué)計(jì)量物質(zhì)的原子比Li∶Mn∶Co＝1∶1.5∶0.5稱取LiNO3、重量百分比濃度為50％的Mn(NO3)2溶液和Co(NO3)2·6H2O，加入去離子水配制成重量百分比濃度為50％的溶液。
第二步 將上述溶液加熱并攪拌，使溶液沸騰，溶劑快速蒸發(fā)，至反應(yīng)體系中大量地生成黑色顆粒狀生成物，經(jīng)測(cè)量、計(jì)算得反應(yīng)體系中固體生成物和溶質(zhì)的質(zhì)量之和占溶液總質(zhì)量的88％時(shí)，中止加熱攪拌。
第三步 將第二步所得物料在200℃下烘干，直至物料干燥為止。
第四步 將第三步所得物料在空氣氣氛中于700℃下進(jìn)行熱處理10小時(shí)，然后冷卻至室溫，即得到具有尖晶石型晶態(tài)結(jié)構(gòu)的電催化劑。
空氣擴(kuò)散電極的制備將乙炔黑和造孔劑用無水乙醇混合均勻，加入聚四氟乙烯乳液，不斷攪拌，使之分散均勻，經(jīng)凝聚后輥壓得到防水透氣膜；將電催化劑、乙炔黑和造孔劑用無水乙醇混合均勻，加入聚四氟乙烯乳液，不斷攪拌，使之分散均勻，經(jīng)凝聚后輥壓得到催化膜；將防水透氣膜、催化膜與集流體鎳網(wǎng)疊加在一起進(jìn)行輥壓成型，便得到空氣擴(kuò)散電極。
穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線的測(cè)試在室溫常壓下，采用上海產(chǎn)的CHI660a電化學(xué)工作站，以空氣擴(kuò)散電極為工作電極，Hg/HgO電極為參比電極，鎳網(wǎng)為對(duì)電極，6mol/L的KOH水溶液為電解液，用三電極測(cè)試體系對(duì)空氣擴(kuò)散電極電催化劑的電催化活性進(jìn)行穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線測(cè)試。通過穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線的測(cè)試結(jié)果來評(píng)價(jià)電催化劑的電催化活性。結(jié)果表明，所測(cè)空氣擴(kuò)散電極在-0.6V(Hg/HgO為參比電極)極化電位下的電流密度為258mA.cm-2。其極化曲線見圖l中的曲線d。
實(shí)施例二第一步 按化學(xué)計(jì)量物質(zhì)的原子比Li∶Mn∶Co＝1∶1.9∶0.1稱取LiNO3、Mn(CH3COO)2·4H2O和Co(CH3COO)2·4H2O，加入乙醇配制成重量百分比濃度為45％的溶液。
第二步 將上述溶液加熱并攪拌，使溶液沸騰，溶劑快速蒸發(fā)，至反應(yīng)體系中大量地生成黑色顆粒狀生成物，經(jīng)測(cè)量、計(jì)算得反應(yīng)體系中固體生成物和溶質(zhì)的質(zhì)量之和占溶液的89％，中止加熱攪拌。
第三步 將第二步所得物料在200℃下烘干，直至物料干燥為止。
第四步 將第三步所得物料在空氣氣氛中于1000℃下熱處理1小時(shí)，然后冷卻至室溫，即得到具有尖晶石型晶態(tài)結(jié)構(gòu)的電催化劑。
空氣擴(kuò)散電極的制備將乙炔黑和造孔劑用無水乙醇混合均勻，加入聚四氟乙烯乳液，不斷攪拌，使之分散均勻，經(jīng)凝聚后輥壓得到防水透氣膜；將電催化劑、乙炔黑和造孔劑用無水乙醇混合均勻，加入聚四氟乙烯乳液，不斷攪拌，使之分散均勻，經(jīng)凝聚后輥壓得到催化膜；將防水透氣膜、催化膜與集流體鎳網(wǎng)疊加在一起進(jìn)行輥壓成型，便得到空氣擴(kuò)散電極。
穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線的測(cè)試在室溫常壓下，采用上海產(chǎn)的CHI660a電化學(xué)工作站，以空氣擴(kuò)散電極為工作電極，Hg/HgO電極為參比電極，鎳網(wǎng)為對(duì)電極，6mol/L的KOH水溶液為電解液，用三電極測(cè)試體系對(duì)空氣擴(kuò)散電極電催化劑的電催化活性進(jìn)行穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線測(cè)試。通過穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線的測(cè)試結(jié)果來評(píng)價(jià)電催化劑的電催化活性。結(jié)果表明，所測(cè)空氣擴(kuò)散電極在-0.6V(Hg/HgO為參比電極)極化電位下的電流密度為248mA.cm-2。其極化曲線見圖1中的曲線b。
實(shí)施例三第一步 按化學(xué)計(jì)量物質(zhì)的原子比Li∶Mn∶Co＝1∶1.7∶0.3稱取LiNO3、重量百分比濃度為50％Mn(NO3)2溶液和CoC2O4，加入自來水配制成重量百分比濃度為40％的溶液。
第二步 將上述溶液加熱并攪拌，使溶液沸騰，溶劑快速蒸發(fā)，至反應(yīng)體系中大量地生成黑色顆粒狀生成物，經(jīng)測(cè)量、計(jì)算得反應(yīng)體系中固體生成物和溶質(zhì)的質(zhì)量之和占溶液的87％，中止加熱攪拌。
第三步 將第二步所得物料在200℃下烘干，直至物料干燥為止。
第四步 將第三步所得物料在空氣氣氛中于400℃下熱處理24小時(shí)，然后冷卻至室溫，即得到具有尖晶石型晶態(tài)結(jié)構(gòu)的電催化劑。
空氣擴(kuò)散電極的制備將乙炔黑和造孔劑用無水乙醇混合均勻，加入聚四氟乙烯乳液，不斷攪拌，使之分散均勻，經(jīng)凝聚后輥壓得到防水透氣膜；將電催化劑、乙炔黑和造孔劑用無水乙醇混合均勻，加入聚四氟乙烯乳液，不斷攪拌，使之分散均勻，經(jīng)凝聚后輥壓得到催化膜；將防水透氣膜、催化膜與集流體鎳網(wǎng)疊加在一起進(jìn)行輥壓成型，便得到空氣擴(kuò)散電極。
穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線的測(cè)試在室溫常壓下，采用上海產(chǎn)的CHI660a電化學(xué)工作站，以空氣擴(kuò)散電極為工作電極，Hg/HgO電極為參比電極，鎳網(wǎng)為對(duì)電極，6mol/L的KOH水溶液為電解液，用三電極測(cè)試體系對(duì)空氣擴(kuò)散電極電催化劑的電催化活性進(jìn)行穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線測(cè)試。通過穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線的測(cè)試結(jié)果來評(píng)價(jià)電催化劑的電催化活性。結(jié)果表明，所測(cè)空氣擴(kuò)散電極在-0.6V(Hg/HgO為參比電極)極化電位下的電流密度為252mA.cm-2。其極化曲線見圖1中的曲線c。
實(shí)施例四第一步 按化學(xué)計(jì)量物質(zhì)的原子比LiNO3∶Mn(NO3)2∶Mn(CH3COO)2∶Co＝1∶1∶0.8∶0.2(其中Mn(NO3)2是重量百分比濃度為50％的溶液)稱取200g原料，加入天然水配制成重量百分比濃度為35％的溶液。
第二步 將上述溶液加熱并攪拌，使溶液沸騰，溶劑快速蒸發(fā)，至反應(yīng)體系中大量地生成黑色顆粒狀生成物，經(jīng)測(cè)量、計(jì)算得反應(yīng)體系中固體生成物和溶質(zhì)的質(zhì)量之和占溶液的86％，中止加熱攪拌。
第三步 將第二步所得物料在200℃下烘干，直至物料干燥為止。
第四步 將第三步所得物料在空氣氣氛中于600℃下熱處理13小時(shí)，然后冷卻至室溫，即得到具有尖晶石型晶態(tài)結(jié)構(gòu)的電催化劑。
空氣擴(kuò)散電極的制備將乙炔黑和造孔劑用無水乙醇混合均勻，加入聚四氟乙烯乳液，不斷攪拌，使之分散均勻，經(jīng)凝聚后輥壓得到防水透氣膜；將電催化劑、乙炔黑和造孔劑用無水乙醇混合均勻，加入聚四氟乙烯乳液，不斷攪拌，使之分散均勻，經(jīng)凝聚后輥壓得到催化膜；將防水透氣膜、催化膜與集流體鎳網(wǎng)疊加在一起進(jìn)行輥壓成型，便得到空氣擴(kuò)散電極。
穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線的測(cè)試在室溫常壓下，采用上海產(chǎn)的CHI660a電化學(xué)工作站，以空氣擴(kuò)散電極為工作電極，Hg/HgO電極為參比電極，鎳網(wǎng)為對(duì)電極，6mol/L的KOH水溶液為電解液，用三電極測(cè)試體系對(duì)空氣擴(kuò)散電極電催化劑的電催化活性進(jìn)行穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線測(cè)試。通過穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線的測(cè)試結(jié)果來評(píng)價(jià)電催化劑的電催化活性。結(jié)果表明，所測(cè)空氣擴(kuò)散電極在-0.6V(Hg/HgO為參比電極)極化電位下的電流密度為240mA.cm-2。
實(shí)施例五第一步 按化學(xué)計(jì)量物質(zhì)的原子比LiNO3∶Mn(NO3)2∶Co(CH3COO)2·4H2O∶CoC2O4＝1∶1.6∶0.2∶0.2(其中Mn(NO3)2是重量百分比濃度為50％的溶液)稱取200g原料，加入天然水配制成重量百分比濃度為30％的溶液。
第二步 將上述溶液加熱并攪拌，使溶液沸騰，溶劑快速蒸發(fā)，至反應(yīng)體系中大量地生成黑色顆粒狀生成物，經(jīng)測(cè)量、計(jì)算得反應(yīng)體系中固體生成物和溶質(zhì)的質(zhì)量之和占溶液的85％，中止加熱攪拌。
第三步 將第二步所得物料在200℃下烘干，直至物料干燥為止。
第四步 將第三步所得物料在空氣氣氛中于800℃下熱處理5小時(shí)，然后冷卻至室溫，即得到具有尖晶石型晶態(tài)結(jié)構(gòu)的電催化劑。
空氣擴(kuò)散電極的制備將乙炔黑和造孔劑用無水乙醇混合均勻，加入聚四氟乙烯乳液，不斷攪拌，使之分散均勻，經(jīng)凝聚后輥壓得到防水透氣膜；將電催化劑、乙炔黑和造孔劑用無水乙醇混合均勻，加入聚四氟乙烯乳液，不斷攪拌，使之分散均勻，經(jīng)凝聚后輥壓得到催化膜；將防水透氣膜、催化膜與集流體鎳網(wǎng)疊加在一起進(jìn)行輥壓成型，便得到空氣擴(kuò)散電極。
穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線的測(cè)試在室溫常壓下，采用上海產(chǎn)的CHI660a電化學(xué)工作站，以空氣擴(kuò)散電極為工作電極，Hg/HgO電極為參比電極，鎳網(wǎng)為對(duì)電極，6mol/L的KOH水溶液為電解液，用三電極測(cè)試體系對(duì)空氣擴(kuò)散電極電催化劑的電催化活性進(jìn)行穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線測(cè)試。通過穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線的測(cè)試結(jié)果來評(píng)價(jià)電催化劑的電催化活性。結(jié)果表明，所測(cè)空氣擴(kuò)散電極在-0.6V(Hg/HgO為參比電極)極化電位下的電流密度為221mA.cm-2。
實(shí)施例六第一步 按化學(xué)計(jì)量物質(zhì)的原子比Li∶Mn∶Co＝1∶1.2∶0.8稱取LiNO3、重量百分比濃度為50％Mn(NO3)2溶液和Co(CH3COO)2·4H2O，加入自來水配制成重量百分比濃度為25％的溶液。
第二步 將上述溶液加熱并攪拌，使溶液沸騰，溶劑快速蒸發(fā)，至反應(yīng)體系中大量地生成黑色顆粒狀生成物，經(jīng)測(cè)量、計(jì)算得反應(yīng)體系中固體生成物和溶質(zhì)的質(zhì)量之和占溶液的90％，中止加熱攪拌。
第三步 將第二步所得物料在200℃下烘干，直至物料干燥為止。
第四步 將第三步所得物料在空氣氣氛中于900℃下熱處理3小時(shí)，然后冷卻至室溫，即得到具有尖晶石型晶態(tài)結(jié)構(gòu)的電催化劑。
空氣擴(kuò)散電極的制備將乙炔黑和造孔劑用無水乙醇混合均勻，加入聚四氟乙烯乳液，不斷攪拌，使之分散均勻，經(jīng)凝聚后輥壓得到防水透氣膜；將電催化劑、乙炔黑和造孔劑用無水乙醇混合均勻，加入聚四氟乙烯乳液，不斷攪拌，使之分散均勻，經(jīng)凝聚后輥壓得到催化膜；將防水透氣膜、催化膜與集流體鎳網(wǎng)疊加在一起進(jìn)行輥壓成型，便得到空氣擴(kuò)散電極。
穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線的測(cè)試在室溫常壓下，采用上海產(chǎn)的CHI660a電化學(xué)工作站，以空氣擴(kuò)散電極為工作電極，Hg/HgO電極為參比電極，鎳網(wǎng)為對(duì)電極，6mol/L的KOH水溶液為電解液，用三電極測(cè)試體系對(duì)空氣擴(kuò)散電極電催化劑的電催化活性進(jìn)行穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線測(cè)試。通過穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線的測(cè)試結(jié)果來評(píng)價(jià)電催化劑的電催化活性。結(jié)果表明，所測(cè)空氣擴(kuò)散電極在-0.6V(Hg/HgO為參比電極)極化電位下的電流密度為210mA.cm-2。其極化曲線見圖1中的曲線a。
實(shí)施例七第一步 按化學(xué)計(jì)量物質(zhì)的原子比Li∶Mn＝1∶2稱取LiNO3、重量百分比濃度為50％Mn(NO3)2溶液，加入天然水配制成重量百分比濃度為20％的溶液。
第二步 將上述溶液加熱并攪拌，使溶液沸騰，溶劑快速蒸發(fā)，至反應(yīng)體系中大量地生成黑色顆粒狀生成物，經(jīng)測(cè)量、計(jì)算得反應(yīng)體系中固體生成物和溶質(zhì)的質(zhì)量之和占溶液的98％，中止加熱攪拌。
第三步 將第二步所得物料在200℃下烘干，直至物料干燥為止。
第四步 將第三步所得物料在空氣氣氛中于500℃下熱處理18小時(shí)，然后冷卻至室溫，即得到具有尖晶石型晶態(tài)結(jié)構(gòu)的電催化劑。
空氣擴(kuò)散電極的制備將乙炔黑和造孔劑用無水乙醇混合均勻，加入聚四氟乙烯乳液，不斷攪拌，使之分散均勻，經(jīng)凝聚后輥壓得到防水透氣膜；將電催化劑、乙炔黑和造孔劑用無水乙醇混合均勻，加入聚四氟乙烯乳液，不斷攪拌，使之分散均勻，經(jīng)凝聚后輥壓得到催化膜；將防水透氣膜、催化膜與集流體鎳網(wǎng)疊加在一起進(jìn)行輥壓成型，便得到空氣擴(kuò)散電極。
穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線的測(cè)試在室溫常壓下，采用上海產(chǎn)的CHI660a電化學(xué)工作站，以空氣擴(kuò)散電極為工作電極，Hg/HgO電極為參比電極，鎳網(wǎng)為對(duì)電極，6mol/L的KOH水溶液為電解液，用三電極測(cè)試體系對(duì)空氣擴(kuò)散電極電催化劑的電催化活性進(jìn)行穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線測(cè)試。通過穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線的測(cè)試結(jié)果來評(píng)價(jià)電催化劑的電催化活性。結(jié)果表明，所測(cè)空氣擴(kuò)散電極在-0.6V(Hg/HgO為參比電極)極化電位下的電流密度為180mA.cm-2。
實(shí)施例八第一步 按化學(xué)計(jì)量物質(zhì)的原子比LiNO3∶Mn(CH3COO)2·4H2O∶Co(CH3COO)2·4H2O∶CoC2O4＝1∶1∶0.5∶0.5稱取200g原料，加入自來水配制成重量百分比濃度為30％的溶液。
第二步 將上述溶液加熱并攪拌，使溶液沸騰，溶劑快速蒸發(fā)，至反應(yīng)體系中大量地生成黑色顆粒狀生成物，經(jīng)測(cè)量、計(jì)算得反應(yīng)體系中固體生成物和溶質(zhì)的質(zhì)量之和占溶液的90％，中止加熱攪拌。
第三步 將第二步所得物料在200℃下烘干，直至物料干燥為止。
第四步 將第三步所得物料在空氣氣氛中于800℃下熱處理5小時(shí)，然后冷卻至室溫，即得到具有尖晶石型晶態(tài)結(jié)構(gòu)的電催化劑。
空氣擴(kuò)散電極的制備將乙炔黑和造孔劑用無水乙醇混合均勻，加入聚四氟乙烯乳液，不斷攪拌，使之分散均勻，經(jīng)凝聚后輥壓得到防水透氣膜；將電催化劑、乙炔黑和造孔劑用無水乙醇混合均勻，加入聚四氟乙烯乳液，不斷攪拌，使之分散均勻，經(jīng)凝聚后輥壓得到催化膜；將防水透氣膜、催化膜與集流體鎳網(wǎng)疊加在一起進(jìn)行輥壓成型，便得到空氣擴(kuò)散電極。
穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線的測(cè)試在室溫常壓下，采用上海產(chǎn)的CHI660a電化學(xué)工作站，以空氣擴(kuò)散電極為工作電極，Hg/HgO電極為參比電極，鎳網(wǎng)為對(duì)電極，6mol/L的KOH水溶液為電解液，用三電極測(cè)試體系對(duì)空氣擴(kuò)散電極電催化劑的電催化活性進(jìn)行穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線測(cè)試。通過穩(wěn)態(tài)電流-電壓極化曲線的測(cè)試結(jié)果來評(píng)價(jià)電催化劑的電催化活性。結(jié)果表明，所測(cè)空氣擴(kuò)散電極在-0.6V(Hg/HgO為參比電極)極化電位下的電流密度為175mA.cm-2。
如上所述，即可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種鋅空氣電池電催化劑的制備方法，其特征是，包括如下步驟和工藝條件第一步 按物質(zhì)的原子比Li∶Mn∶Co＝1∶2-x∶x稱取各金屬元素的可溶性金屬鹽或其水溶液，加入溶劑配制成重量百分比濃度為20～50％的溶液，其中0≤x≤1；第二步 將所述溶液加熱并攪拌至沸騰，使反應(yīng)體系中大量生成黑色顆粒狀生成物，并且反應(yīng)體系中固體生成物和溶質(zhì)的質(zhì)量之和占溶液質(zhì)量的85～90％為止；第三步 將上述物料烘干至干燥；第四步將干燥后物料在400～1000℃下進(jìn)行熱處理1～24小時(shí)，冷卻至室溫，即得到具有尖晶石型晶態(tài)結(jié)構(gòu)的一種鋅空氣電池電催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鋅空氣電池電催化劑的制備方法，其特征是，所述各金屬元素的可溶性鹽包括硝酸鹽、醋酸鹽、草酸鹽中的一種或一種以上混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鋅空氣電池電催化劑的制備方法，其特征是，所述溶劑包括天然水、自來水、去離子水或乙醇。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鋅空氣電池電催化劑的制備方法，首先按物質(zhì)的原子比Li∶Mn∶Co＝1∶2－x∶x(0≤X≤1)稱取各金屬元素的可溶性金屬鹽，加入溶劑配制成溶液，攪拌加熱至粘稠，烘干，熱處理，冷卻至室溫，即得到具有尖晶石型晶態(tài)結(jié)構(gòu)的種鋅空氣電池電催化劑。本發(fā)明采用溶液法合成鋅空氣電池空氣擴(kuò)散電極電催化劑，由于反應(yīng)原料之間是分子水平的混合，屬于溶液反應(yīng)，所以反應(yīng)體系反應(yīng)迅速、均勻、徹底，所得電催化劑的結(jié)構(gòu)均勻、可控，電催化活性高、化學(xué)穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)。本發(fā)明工藝過程簡(jiǎn)單易操作，所用原材料價(jià)格低廉，系統(tǒng)的反應(yīng)速度快，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高，同時(shí)還易于進(jìn)行工業(yè)化大生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B01J37/03GK1677731SQ20051003267
公開日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2005年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月4日
發(fā)明者周震濤, 李海彪 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)