本發(fā)明屬于新能源技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種利用超聲水熱法，簡(jiǎn)單、低沉本制備活性炭負(fù)載mno2催化劑，并將其制備成鋁-空氣電池空氣電極的堿性鋁-空氣電池空氣電極的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著科技水平的發(fā)展，人類(lèi)對(duì)能源需求越來(lái)越大，石油、煤炭和天然氣等傳統(tǒng)能源再生周期長(zhǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能跟上人類(lèi)的發(fā)展腳步。而且，對(duì)化石能源的使用帶了一系列危機(jī)，包括化石能源緊缺、過(guò)度開(kāi)采帶來(lái)的環(huán)境污染、使用過(guò)程中的大氣污染和溫室效應(yīng)等。因此尋求新型能源成為了迫在眉睫的任務(wù)，而新能源應(yīng)當(dāng)是對(duì)環(huán)境污染小甚至無(wú)污染而且可再生周期短的。其中鋁-空氣電池具有能量密度高、價(jià)格低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是極具發(fā)展?jié)摿Φ幕瘜W(xué)電源之一。空氣電極是鋁-空氣電池中極其重要的一個(gè)組件，直接制約著鋁-空氣電池的性能，空氣電極的主要作用是把空氣中的氧氣進(jìn)行還原，這個(gè)還原過(guò)程需要在有催化劑參與的固-液氣三項(xiàng)界面上，催化劑氧還原能力決定了鋁-空氣電池在一定放電電流密度下的放電電壓。因此，制備低成本且工藝簡(jiǎn)單的催化劑具有十分重要的意義。

催化劑的種類(lèi)有很多，包括貴金屬、金屬氧化物、金屬螯合物、鈣鈦礦材料等，為了提高催化劑的性能，通常做法是減小催化劑顆粒粒徑，將合成的粉末催化劑與活性炭、乙炔黑、粘合劑混和壓膜，制備過(guò)程比較復(fù)雜，而且制備的催化劑由于納米效應(yīng)而發(fā)生團(tuán)聚，造成催化性能的下降，為工業(yè)化生產(chǎn)帶來(lái)很大不便。因此需要一種制備方法，既能保證催化劑的粒徑小不容易團(tuán)聚，還要減少空氣電極工藝復(fù)雜性。

mno2具有很高的催化活性，而活性炭具有很高的比表面積和很強(qiáng)的氧吸附能力，因此增大mno2與活性炭的接觸可以有效提高空氣電極的性能。傳統(tǒng)的方法是利用溶膠-凝膠法、微乳液法、化學(xué)沉淀法、水熱法等制備納米級(jí)別的mno2，然后與活性炭、粘合劑混合均勻后壓制成催化層，最后與集流體和防水透氣層復(fù)合成空氣電極。這些方法流程比較長(zhǎng)、而且mno2很難與活性炭混合均勻。而利用活性炭負(fù)載mno2可以充分利用mno2的高的氧還原能力和活性炭強(qiáng)的氧吸附能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的就是現(xiàn)有鋁-空氣電池的空氣電極制備復(fù)雜，催化性能差的問(wèn)題，提供一種利用超聲水熱法，簡(jiǎn)單、低沉本制備活性炭負(fù)載mno2催化劑，并將其制備成鋁-空氣電池空氣電極的堿性鋁-空氣電池空氣電極的制備方法。

本發(fā)明的堿性鋁-空氣電池空氣電極的制備方法，其特征在于該制備方法利用超聲水熱法合成催化劑，將催化劑、乙炔黑和ptfe粘合劑超聲分散壓合成催化層，將活性炭、乙炔黑和ptfe粘合劑壓合成防水透氣層，泡沫鎳為集流體，將制備好的催化層、防水透氣層以及集流體順序壓合，即可得到空氣電極，具體制備步驟如下：

1）將高錳酸鉀加入去離子水中，配置成1l高錳酸鉀溶液；

2）將步驟1）得到的高錳酸鉀溶液用保鮮膜封口，利用水浴方式進(jìn)行加熱至60℃，得到高錳酸鉀熱溶液；

3）在步驟2）得到的高錳酸鉀熱溶液中加入活性炭，在60℃水浴中，利用超聲混合0.5h-2.5h，超聲頻率為53khz，得到分散液；

4）取步驟3）中得到的分散液，過(guò)濾后得到粉末狀物體，用去離子水超聲清洗以及過(guò)濾三次，然后放入在干燥箱中在80℃進(jìn)行干燥，得到干燥的mno2/ac；

5）取15g步驟4）得到的mno2/ac，并取3g乙炔黑以及60%ptfe分散液，一起放入酒精混合后攪拌12h；

6）將步驟5）得到的混合物，用水浴方式進(jìn)行加熱蒸發(fā)酒精，在加熱過(guò)程中，不斷攪拌直至得到團(tuán)狀物；

7）將步驟6）中的團(tuán)狀物輥壓成膜狀，厚度為1mm，得到催化層；

8）將步驟7）制備的催化層，與防水透氣層、集流體按照催化層、防水透氣層、集流體的順序進(jìn)行壓合得到初級(jí)空氣電極，其中防水透氣層為活性炭、乙炔黑、60%ptfe分散液混合后輥壓成，厚度為1mm；

9）將步驟8）中得到的初級(jí)空氣電極，在氬氣環(huán)境中，放入350℃溫度下煅燒24h，即可得到空氣電極成品。

所述的步驟1）中，配置得到的高錳酸鉀溶液濃度為20g/l。

所述的步驟3）中，加入的活性炭為15g。

所述的步驟8）中，集流體為泡沫鎳。

本發(fā)明的堿性鋁-空氣電池空氣電極的制備方法，相對(duì)于傳統(tǒng)制備方法，具有工藝簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，在制備過(guò)程中，能夠有效保證催化劑的粒徑小不容易團(tuán)聚，有效增大了mno2與活性炭的接觸，以有效提高空氣電極的性能。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明工藝流程圖。

圖2為實(shí)施例1的tem圖。

圖3為實(shí)施例1空氣電極的放電曲線。

圖4為實(shí)施例2的tem圖。

圖5為實(shí)施例2空氣電極的放電曲線。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：一種堿性鋁-空氣電池空氣電極的制備方法，具體操作步驟為：

步驟1），將高錳酸鉀加入去離子水配置成20g/l高錳酸鉀溶液1l；

步驟2），將步驟1）中配置的高錳酸鉀溶液用保鮮膜封口水浴加熱到60℃，得到高錳酸鉀熱溶液；

步驟3），將15g活性炭加入到步驟2）中的高錳酸鉀熱溶液中，在60℃熱水浴中超聲0.5h，超聲頻率53khz，得到分散液；

步驟4），將步驟3）中得到的分散液，過(guò)濾后得到粉末狀物體，用去離子水超聲清洗以及過(guò)濾三次，在干燥箱中80℃干燥，得到干燥的mno2/ac；

步驟5），將干燥的15gmno2/ac15、3g乙炔黑以及13.33g60%ptfe分散液，放入100ml酒精中，混合后攪拌12h；

步驟6），將步驟5）中的混和物水域加熱蒸發(fā)酒精并不斷攪拌直至樣品為團(tuán)狀物；

步驟7），將步驟6）中的團(tuán)狀物輥壓成膜即為催化層，厚度為1mm；

步驟8），將步驟7）中所制備的催化層與防水透氣層、泡沫鎳按照催化層、防水透氣層、集流體的順序壓合，得到初級(jí)空氣電極，防水透氣層為活性炭、乙炔黑、60%ptfe分散液混合后輥壓成，厚度為1mm；

步驟9），將步驟8）中得到的初級(jí)空氣電極，在氬氣環(huán)境中，放入350℃溫度下煅燒24h，即可得到空氣電極成品。

將得到的催化劑與空氣電極一同熱處理后得到的tem如圖2，可以看出mno2的顆粒大小在10-30nm之間。將制備的空氣電極組裝成空氣電極全電池，在6m的naoh溶液中在不同電流密度下進(jìn)行放電測(cè)試，得出樣品放電曲線如圖3，在放電電流密度分別為10ma.cm^-2、20ma.cm^-2、30ma.cm^-2、40ma.cm^-2、50ma.cm^-2下，放電電壓達(dá)到了1.272v、1.257v、1.206v、1.148v、1.082v。

實(shí)施例2：一種堿性鋁-空氣電池空氣電極的制備方法，具體操作步驟為：

步驟1），將高錳酸鉀加入去離子水配置成20g/l高錳酸鉀溶液1l；

步驟2），將步驟1）中配置的高錳酸鉀溶液用保鮮膜封口水浴加熱到60℃，得到高錳酸鉀熱溶液；

步驟3），將15g活性炭加入到步驟2）中的高錳酸鉀熱溶液中，在60℃熱水浴中超聲1h，超聲頻率53khz，得到分散液；

步驟4），將步驟3）中得到的分散液，過(guò)濾后得到粉末狀物體，用去離子水超聲清洗以及過(guò)濾三次，在干燥箱中80℃干燥，得到干燥的mno2/ac；

步驟5），將干燥的15gmno2/ac15、3g乙炔黑以及13.33g60%ptfe分散液，放入100ml酒精中，混合后攪拌12h；

步驟6），將步驟5）中的混和物水域加熱蒸發(fā)酒精并不斷攪拌直至樣品為團(tuán)狀物；

步驟7），將步驟6）中的團(tuán)狀物輥壓成膜即為催化層，厚度為1mm；

步驟8），將步驟7）中所制備的催化層與防水透氣層、泡沫鎳按照催化層、防水透氣層、集流體的順序壓合，得到初級(jí)空氣電極，防水透氣層為活性炭、乙炔黑、60%ptfe分散液混合后輥壓成，厚度為1mm；

步驟9），將步驟8）中得到的初級(jí)空氣電極，在氬氣環(huán)境中，放入350℃溫度下煅燒24h，即可得到空氣電極成品。

將的到的催化劑與空氣電極一同熱處理后得到的tem如圖4，可以看出mno2的顆粒大小在10-30nm之間，相比于反應(yīng)時(shí)間為0.5h的樣品，mno2顆粒有略微的增多。將制備的空氣電極組裝成空氣電極全電池，在6m的naoh溶液中在不同電流密度下進(jìn)行放電測(cè)試，得到樣品的放點(diǎn)曲線如圖5，在放電電流密度分別為10ma.cm^-2、20ma.cm^-2、30ma.cm^-2、40ma.cm^-2、50ma.cm^-2下，放電電壓達(dá)到了1.294v、1.250v、1.221v、1.163v、1.097v。