本發(fā)明屬于鋁空氣電池領(lǐng)域，具體涉及一種鋁空氣燃料電池陰極催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著科技日新月異的發(fā)展，能源的消耗日漸增多，然而，傳統(tǒng)的化石能源具有不可再生、產(chǎn)生溫室氣體等局限性。因此，開發(fā)綠色無污染、可再生且能量密度高的新能源變得越來越重要。其中鋁-空氣電池具有環(huán)保無污染、比能量密度高、原料來源廣泛等優(yōu)點(diǎn)，是新型綠色能源的不二之選。鋁空電源系統(tǒng)的關(guān)鍵電極材料主要包括空氣陰極、鋁陽極和電解液等，其中組成空氣陰極的一個(gè)重要成分就是催化劑，催化劑的作用是催化氧氣發(fā)生氧還原反應(yīng)。一般，氧還原反應(yīng)是一個(gè)四電子過程，其基元步驟較多，可能的反應(yīng)路徑復(fù)雜。

2、常用的貴金屬催化劑是鉑系催化劑，它們用作氧電極顯示出良好的催化活性。鉑比其它的過渡金屬的催化活性都要高，這可能是由于其存在著d軌道空穴的緣故。作為催化劑，鉑的用量少且有高效、持久的活性，使得鉑成為最常用的合金催化劑的重要組成部分。銀是典型的氧還原催化劑之一，且銀具有良好的導(dǎo)電性和較穩(wěn)定的物理化學(xué)性能，早期的空氣電極使用銀代替鉑作為催化劑較為普遍。

3、然而，貴金屬鉑、銀氧還原催化性能高，但因其價(jià)格昂貴，循環(huán)穩(wěn)定差，大大限制了鋁空氣電池的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種鋁空氣燃料電池陰極催化劑及其制備方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

2、一種鋁空氣燃料電池陰極催化劑的制備方法，包括：

3、s1、將導(dǎo)電炭黑與石墨烯按照第一比例混合后加入具有無水乙醇的燒杯中攪拌并進(jìn)行超聲處理得到第一溶液；

4、s2、在所述第一溶液中加入尿素，攪拌后進(jìn)行超聲處理，放入真空干燥箱干燥得到第一混合物；

5、s3、將所述第一混合物均勻鋪在坩堝底部，放入管式爐中高溫處理后通氮?dú)?，并進(jìn)行保溫處理得到第二混合物；

6、s4、將所述第二混合物粉碎后得到第三混合物；

7、s5、取適量的乙酸銀溶于去離子水中，按照適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量比加入第三混合物后，再加入適量的去離子水，攪拌后得到第二溶液；

8、s6、對混合均勻的第二溶液進(jìn)行加熱，并加入適量氨水，使得溶液ph為10，得到第三溶液；

9、s7、在第三溶液中逐滴加入水合肼的同時(shí)持續(xù)攪拌，待溶液中還原反應(yīng)不再發(fā)生后對溶液進(jìn)行固液分離，水洗去除雜質(zhì)離子直至中性得到第四溶液；

10、s8、過濾第四溶液中的沉淀物后，將其放入真空干燥箱內(nèi)干燥，直至水分完全蒸發(fā)，粉碎，獲得鋁空氣燃料電池陰極催化劑。

11、在一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述步驟s1中，第一比例為1:4，攪拌時(shí)間為20~50?min，超聲處理時(shí)間為20~50?min。

12、在一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述步驟s2中，導(dǎo)電炭黑與尿素的質(zhì)量比為1:4，攪拌時(shí)間為20~40?min，超聲處理時(shí)間為20~40?min，真空干燥箱溫度為60~80?℃，干燥時(shí)間為2~4h。

13、在一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述步驟s3中，管式爐升溫速度為5~10?℃/min，溫度為600~650?℃，保溫時(shí)間為2~5?h。

14、在一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述步驟s5中，乙酸銀的濃度為0.1?mol/l，乙酸銀溶液與第三混合物的質(zhì)量比為3~5:10，攪拌時(shí)間為30~50?min。

15、在一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述步驟s6中，第二溶液的加熱溫度為80~90?℃。

16、在一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述步驟s7中，水合肼和乙酸銀的摩爾比為1.2~2:1，攪拌時(shí)間為10~30?min。

17、在一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述步驟s8中，真空干燥箱溫度為100~110?℃，干燥時(shí)間為6~10?h。

18、本發(fā)明同時(shí)提供一種鋁空氣燃料電池陰極催化劑，由上述鋁空氣燃料電池陰極催化劑的制備方法得到。

19、本發(fā)明的有益效果：

20、本發(fā)明的一種鋁空氣燃料電池陰極催化劑的制備方法，工藝簡單、原料價(jià)格低廉，具有工業(yè)化生產(chǎn)優(yōu)勢；而且，制備的銀修飾氮摻雜碳材料催化劑，催化劑具有穩(wěn)定性好、電催化活性高、氧還原性能優(yōu)越，其起始電位和極限電流密度。

21、以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

技術(shù)特征：

1.一種鋁空氣燃料電池陰極催化劑的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁空氣燃料電池陰極催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中，第一比例為1:4，攪拌時(shí)間為20~50?min，超聲處理時(shí)間為20~50?min。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁空氣燃料電池陰極催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s2中，導(dǎo)電炭黑與尿素的質(zhì)量比為1:4，攪拌時(shí)間為20~40?min，超聲處理時(shí)間為20~40min，真空干燥箱溫度為60~80?℃，干燥時(shí)間為2~4?h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁空氣燃料電池陰極催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s3中，管式爐升溫速度為5~10?℃/min，溫度為600~650?℃，保溫時(shí)間為2~5?h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁空氣燃料電池陰極催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s5中，乙酸銀的濃度為0.1?mol/l，乙酸銀溶液與第三混合物的質(zhì)量比為3~5:10，攪拌時(shí)間為30~50?min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁空氣燃料電池陰極催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s6中，第二溶液的加熱溫度為80~90?℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁空氣燃料電池陰極催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s7中，水合肼和乙酸銀的摩爾比為1.2~2:1，攪拌時(shí)間為10~30?min。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁空氣燃料電池陰極催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s8中，真空干燥箱溫度為100~110?℃，干燥時(shí)間為6~10?h。

9.一種鋁空氣燃料電池陰極催化劑，其特征在于，由如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的鋁空氣燃料電池陰極催化劑的制備方法得到。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種鋁空氣燃料電池陰極催化劑的制備方法，包括：將導(dǎo)電炭黑與石墨烯按照第一比例混合后加入具有無水乙醇的燒杯中攪拌并進(jìn)行超聲處理得到第一溶液；在所述第一溶液中加入尿素，得到第一混合物；均勻鋪在坩堝底部，放入管式爐中高溫處理后通氮?dú)猓幚淼玫降诙旌衔铮环鬯楹蟮玫降谌旌衔?；取適量的乙酸銀溶于去離子水中，按照適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量比加入第三混合物后攪拌后得到第二溶液；并加入適量氨水，使得溶液pH為10，得到第三溶液；逐滴加入水合肼的同時(shí)持續(xù)攪拌，水洗去除雜質(zhì)離子直至中性得到第四溶液；過濾第四溶液中的沉淀物后，將其放入真空干燥箱內(nèi)干燥，直至水分完全蒸發(fā)，粉碎，獲得鋁空氣燃料電池陰極催化劑。

技術(shù)研發(fā)人員：蔡艷平,楊欣,王新軍,楊棋升,宋濤,鐘嘯,蔡雨希
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國人民解放軍火箭軍工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30