專利名稱：一種鋅空氣電池用Ag/C催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬空氣電池催化劑領(lǐng)域，尤其涉及一種鋅空氣電池用Ag/C催化劑。
背景技術(shù)：
當(dāng)今時代，能源危機和地球上可再生資源的枯竭，尋找綠色環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展能源成為人類社會發(fā)展的主題。金屬空氣電池是一種綠色環(huán)保潔凈能源。鋅空氣電池是金屬空氣電池中的一種。鋅空氣電池具有比容量大、能量密度高、輸電品質(zhì)好、放電曲線平穩(wěn)、干態(tài)存儲時間長、價格低廉、使用安全、沒有爆炸隱患、環(huán)境友好等眾多優(yōu)點。鋅空氣電池采用空氣電極作為陰極，陽極為鋅電極，電解質(zhì)溶液多為堿性KOH溶液。氧電極作為鋅空氣電池的陰極，在氧還原過程中可逆性小，極化過電位較大，是影響電池性能的重要因素。為提高氧電極的性能，尋找催化性能高且價格低廉的氧電極催化劑成為鋅空氣電池研究的重點。在氧還原過程中，銀可以發(fā)揮良好的催化活性，并且具有較佳的導(dǎo)電性，被認(rèn)為是典型的氧還原催化劑之一。在堿性條件下，銀催化劑的重要特點是對反應(yīng)中間產(chǎn)物過氧化氫起到良好的分解作用。Pt基催化劑具有較高的催化性能，但由于其資源緊缺，價格昂貴，使得Pt催化劑產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)成為研究中的一大難題。Ag催化劑相對于Pt催化劑價格低廉，在堿性條件下具有良好的催化活性，將Ag催化劑用在鋅空氣電池中可以發(fā)揮良好的催化活性。中國專利CN101171929A公開了一種納米銀抗菌劑的制備方法。該專利以聚乙烯吡咯烷酮為分散劑，以硝酸銀為原料，用硼氫化鈉將其還原，納米二氧化硅為載體，制備成了納米銀抗菌劑。但上述SiO2載體不適合用于催化劑領(lǐng)域。目前單純Ag/C催化劑在鋅空氣電池中研究較少。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的在于提供了一種鋅空氣電池用Ag/C催化劑及其制備方法。一種鋅空氣電池用Ag/C催化劑，Ag于Ag/C催化劑中的質(zhì)量含量為2%_60%。所述催化劑的制備方法為:以銀鹽為原料，在保護劑存在的條件下，采用NaBH4作為還原劑，制備Ag/C ;且所述催化劑中Ag與C的質(zhì)量比為98:2 40:60 ;保護劑和銀鹽的質(zhì)量比 0.1:1-15:1。所述催化劑的制備過程如下:I)取一定量的炭載體將其球磨5min以上，然后將其置于乙醇中超聲洗滌0.1-1Oh后過濾，再用蒸餾水超聲清洗0.1-1oh，過濾得處理后的碳載體；該步驟中碳載體的處理有利于碳載體表面吸附物種的清除，有利于催化劑性能的提高；2)按質(zhì)量比0.1:1-15:1稱取保護劑和銀鹽，并將其溶解在去離子水中，并將混合液置于反應(yīng)釜中攪拌20min以上得銀鹽溶液；銀鹽的濃度為0.001-2mol/L ；
3)配置 0.001mol/L-2mol/L 的 NaBH4 溶液；4)將步驟(3)配置的NaBH4溶液按0.1-1倍銀鹽摩爾比緩慢加入到步驟(2)所得銀鹽溶液中，攪拌后加入步驟(I)所得處理后的碳載體，攪拌并使之混合均勻；5)將步驟(4)得到的溶液抽濾洗滌，30°C _120°C烘干，即制備Ag/C催化劑。所述保護劑為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、八烷基三甲基溴化銨(OTAB)、十烷基三甲基溴化銨(DeTAB)、十二烷基三甲基溴化銨(DTAB)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、聚丙烯酸鈉、明膠中的一種或者二種以上。所述的銀鹽為硝酸銀，高氯酸銀或者氟化銀中的一種或者兩種以上。所述炭載體為活性碳、乙炔黑、石墨、碳納米管中的一種或兩種以上的混合物。所述催化劑可用于鋅-空氣電池陰極氧還原催化劑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明催化劑具有以下優(yōu)點: 1.在堿性條件下，該催化劑氧還原催化活性高，催化劑穩(wěn)定性好，對反應(yīng)中間產(chǎn)物H2O2具有很好的分解作用；2.與Pt基催化劑相比，該催化劑價格低廉；3.該催化劑制備工藝簡單、易于放大，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，大規(guī)模生產(chǎn)的催化劑性能優(yōu)良，一致性好；4.該催化劑制備過程中，不涉及污染環(huán)境的原料，綠色環(huán)保；


圖1為本發(fā)明實施例3提供的Ag/C催化劑的XRD圖。圖2為本發(fā)明實施例4提供的Ag/C催化劑的SEM圖。圖3為本發(fā)明實施例4提供的載有Ag/C催化劑的鋅空氣電池的極化曲線。圖4為本發(fā)明實施例4提供的載有Ag/C催化劑的鋅空氣電池3.2A恒流放電曲線。
具體實施例方式下面將對本發(fā)明做詳細(xì)的描述，但本發(fā)明并不僅限于以下實施例。實施例1稱取稱取72g XC-72R活性炭將其球磨lh，然后用乙醇超聲洗滌1.5h，再用蒸餾水超聲清洗1.5h。稱取IgPVP和12.5gAgN03用400ml去離子水溶解，配置成AgNO3溶液，并將其機械攪拌攪拌lh。配置0.02mol/LNaBH4溶液，將其充分?jǐn)嚢?。?.3L0.02mol/L NaBH4溶液緩慢加入至AgNO3溶液中將二者充分反應(yīng)。稱取72g XC-72R活性炭，放進AgNO3溶液中共同攪拌。將前述反應(yīng)中的產(chǎn)物抽濾，80 V烘干，即制備Ag/C催化劑。實施例2稱取30g BP-2000將其球磨lh，然后用乙醇超聲洗滌1.5h，再用蒸餾水超聲清洗1.5h。稱取IgPVP和12.5g AgNO3用400ml去離子水溶解，配置成AgNO3溶液，并將其機械攪拌攪拌4h。配置0.02mol/LNaBH4溶液，將其充分?jǐn)嚢?。?.3LNaBH4溶液緩慢加入至AgNO3溶液中將二者充分反應(yīng)。稱取30g BP-2000，放進AgNO3溶液中共同攪拌。將前述反應(yīng)中的產(chǎn)物抽濾，80°C烘干，即制備Ag/C催化劑。實施例3
將日本AIR-WATER株式會社活性碳用球磨機球磨lh，稱取1.439g然后用乙醇超聲洗滌1.5h，再用蒸餾水超聲清洗1.5h。稱取3.4gAgN0jP 34gPVP，用2L去離子水將其溶解，攪拌30min，稱取0.757gNaBH4用2L去離子水稀釋，將NaBH4緩慢加入AgNO3溶液中。將活性炭載體加入到反應(yīng)體系中，保持?jǐn)嚢?2h，經(jīng)抽濾洗滌40°C真空干燥處理，即制備成Ag/C催化劑。實施例4:稱取12.70g日本AIR-WATER株式會社活性碳將其球磨lh，然后用乙醇超聲洗滌
1.5h，再用蒸餾水超聲清洗1.5h。稱取5gAgN03和lOgPVP，用2.8L去離子水將其溶解，攪拌30min,稱取1.HgNaBH4用1.5L去離子水稀釋，將NaBH4緩慢加入AgNO3溶液中。將活性炭載體加入到反應(yīng)體系中，保持?jǐn)嚢?2h，經(jīng)抽濾洗滌40°C真空干燥處理，即制備成Ag/C催化劑。應(yīng)用例1:空氣電極的制備:于5ml乙醇中加入分別實施例4制備的Ag/C催化劑2g和6g40%PTFE乳液，混合均勻后涂覆于泡沫鎳集流網(wǎng)上，至Ag/C催化劑的擔(dān)載量為2mg/cm2，得空氣電極；以上述制備的空氣電極為陰極，鋅電極為陽極，7mol/L KOH溶液為電解質(zhì)，組裝得鋅-空氣電池。鋅-空氣電池測試條件為:陰極為常壓空氣、空氣流速為200sccm。
權(quán)利要求
1.一種鋅空氣電池用Ag/c催化劑，其特征在于: Ag于Ag/C催化劑中的質(zhì)量含量為2%-60%。
2.—種權(quán)利要求1所述催化劑的制備方法，其特征在于: 以銀鹽為原料，在保護劑存在的條件下，采用NaBH4作為還原劑，制備Ag/C;且所述催化劑中Ag與C的質(zhì)量比為98:2 40:60 ;保護劑和銀鹽的質(zhì)量比0.1:1-15:1。
3.按照權(quán)利要求2所述的催化劑，其特征在于:制備過程如下， 1)取一定量的炭載體將其球磨5min以上，然后將其置于乙醇中超聲洗滌0.1-1Oh后過濾，再用蒸餾水超聲清洗0.1-1oh，過濾得處理后的碳載體； 2)按質(zhì)量比0.1:1-15:1稱取保護劑和銀鹽，并將其溶解在去離子水中，并將混合液置于反應(yīng)釜中攪拌20min以上得銀鹽溶液；銀鹽的濃度為0.001-2mol/L ； 3)配置0.001mol/L-2mol/L 的 NaBH4 溶液； 4)將步驟(3)配置的NaBH4溶液按0.1-1倍銀鹽摩爾比緩慢加入到步驟(2)所得銀鹽溶液中，攪拌后加入步驟(I)所得處理后的碳載體，攪拌并使之混合均勻； 5)將步驟(4)得到的溶液抽濾洗滌，30°C_120°C烘干，即制備Ag/C催化劑。
4.按照權(quán)利要求2或3所述的催化劑，其特征在于: 所述保護劑為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、八烷基三甲基溴化銨(OTAB)、十烷基三甲基溴化銨(DeTAB)、十二烷基三甲基溴化銨(DTAB)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、聚丙烯酸鈉、明膠中的一種或者二種以上。
5.按照權(quán)利要求2或3所述的催化劑，其特征在于: 所述的銀鹽為硝酸銀，高氯酸銀或者氟化銀中的一種或者兩種以上。
6.按照權(quán)利要求1或2或3所述的催化劑，其特征在于:所述炭載體為活性碳、乙炔黑、石墨、碳納米管中的一種或兩種以上的混合物。
7.按照權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于:所述催化劑可用于鋅-空氣電池陰極氧還原催化劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋅空氣電池用Ag/C催化劑及其制備方法。鋅空氣電池用Ag/C催化劑是以銀鹽為原料，PVP作為保護劑，采用NaBH4作為還原劑將銀鹽還原制備而成。催化劑制備過程中保護劑與銀鹽的質(zhì)量比為0.1:1-15:1；催化劑中Ag與C的質(zhì)量比為98:2～40:60。采取本工藝制備Ag/C催化劑，工藝簡單，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，且制備過程不涉及污染環(huán)境的材料，綠色環(huán)保。將本方法制備的Ag/C催化劑，應(yīng)用在鋅空氣電池中，性能優(yōu)異。
文檔編號B01J23/50GK103151538SQ201210562629
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者孫公權(quán), 齊鷺汀, 王二東, 姜魯華 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所