专利名称：空气电极催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及电化学领域的燃料电池、金属—空气电池。
直接以电解MnO2和碳黑的混合物为催化剂的空气电极因其混合均匀性差，导致所制备的空气电极性能不佳；通过加热分解均匀分布、吸附于碳载体上的硝酸锰来制取MnO2，因MnO2催化剂在碳载体上分散均匀性好，使所制备的空气电极性能得到改善，但空气电极随电流密度增大输出工作电压下降较快的问题仍然没有解决。
中国专利CN1312595A公开了一种“锌—空气电池空气电极的催化剂”，其目的是为了提高锌空气电池的输出工作电压，它以电解MnO2为前驱物，通过溶胶凝胶法及高温煅烧合成具有尖晶石型晶型结构的金属氧化物空气电极催化剂LiMn2-xCOxO4。溶胶凝胶法的缺点是耗水量大，干燥过程长、能耗高，体积庞大的溶胶、凝胶中仅含有极少量的目的产品，加之该催化剂使用了价格昂贵的Li、Co元素，用该方法制备的催化剂价格昂贵。
本发明的目的可以通过以下技术方案达到一种空气电极催化剂，它含有5.4-6.2％的主催化剂MnO2，0.1-14％的辅助催化剂Mn3O4或者Mn2O3和79.8-94.5％催化剂载体碳黑、或乙炔黑、或比例为1∶1的碳黑、乙炔黑。
该空气电极催化剂的制备方法是先用95％或者无水乙醇浸润催化剂载体，室温下边搅拌边滴加硝酸锰水溶液，同时加入Mn3O4或Mn2O3粉末，充分混合均匀得一糊状物，在100-110℃温度下烘干，研磨团结物使成粉状，最后在250℃-400℃温度下焙烧，时间为1-3小时，温度越低，分解时间越长，应使硝酸锰完全分解。制作中应注意辅助催化剂的添加顺序，辅助催化剂Mn3O4或Mn2O3粉末必须在硝酸锰热分解之前加入到载体碳粉中。
本发明与现有技术相比有如下优点(1)较大电流密度下，能输出较大工作电压。如表1所示，电流密度为80mA/cm2时，以本发明制备的空气电极为正极的“锌-空气电池”电压比传统方法制备的空气电极为正极的“锌-空气电池”高出110-250mV，且随电流密度增大，工作电位下降的速度在本发明催化剂制备的空气电极上得以延缓。
(2)以本发明的催化剂与中国专利CN1312595A公开的催化剂相比，所用原材料资源广泛、价格低廉、生产工艺简单、生产效率高。
表1本发明与传统催化剂制备的空气电极的比较
*C代表催化剂载体碳
具体实施例方式实施例1将一定量的碳黑、或乙炔黑、或它们的混合物用乙醇浸润，室温下，边搅拌边滴加硝酸锰水溶液，并加入市售的Mn3O4粉末，混合均匀成糊状物。在100℃-110℃温度下烘干，轻轻研磨团结物成粉末，再在340℃煅烧1.5小时，使硝酸锰完全分解，自然冷却至室温。
将所得催化剂按照传统方法制成空气电极，以此为正极、锌片为负极，7克分子/升KOH为电解质溶液，构成锌-空气电池，室温下测得由不同组分与含量空气电极所构成的锌-空气电池的电压与电流密度曲线如
图1和图2所示。从图1可知，辅助催化剂Mn3O4含量不同时，锌-空气电池的伏安特性各异，其中曲线c是催化剂为最佳组分与含量时的伏安特性。从图2可知，辅助催化剂Mn3O4只有在硝酸锰热分解之前加入到催化剂载体中，才能有效的提高空气电极的催化活性。
实施例2以Mn2O3代替实施例1中的Mn3O4，采用和实施例1相同的制备方法，制备出空气电极，并与实施例1一样组成锌-空气电池，测得由不同组分与含量空气电极所构成的锌-空气电池的电压与电流密度曲线如图3所示。其中曲线h是该催化剂为最佳组分与含量时的伏安特性。
权利要求
1.一种空气电极催化剂，其特征是含有5.4-6.2％的主催化剂MnO2，0.1-14％的辅助催化剂Mn3O4或者Mn2O3和79.8-94.5％催化剂载体碳黑、或乙炔黑、或比例为1∶1的碳黑、乙炔黑。
2.根据权利要求1所述的空气电极催化剂，以Mn3O4为辅助催化剂时，其特征是最佳的组分含量为5.5％的MnO2，12.3％的Mn3O4，82.2％的碳黑、或乙炔黑、或比例为1∶1的碳黑、乙炔黑。
3.根据权利要求1所述的空气电极催化剂，以Mn2O3为辅助催化剂时，其特征是最佳的组分含量为6.1％的MnO2，2.7％的Mn2O3，91.2％的碳黑、或乙炔黑、或比例为1∶1的碳黑、乙炔黑。
4.一种空气电极催化剂的制备方法，其特征在于先用95％或者无水乙醇浸润催化剂载体，室温下边搅拌边滴加硝酸锰水溶液，同时加入Mn3O4或Mn2O3粉末，充分混合均匀得一糊状物，在100-110℃温度下烘干，研磨团结物使成粉状，最后在250℃-400℃温度下焙烧，时间为1-3小时，温度越低，分解时间越长，应使硝酸锰完全分解。
5.如权利要求4所述的空气电极催化剂的制备方法，其特征在硝酸锰最佳的热分解温度为340℃，时间为1.5小时。
全文摘要
一种空气电极催化剂，它由锰的复合氧化物MnO
文档编号H01M4/50GK1396308SQ02133309
公开日2003年2月12日 申请日期2002年6月17日 优先权日2002年6月17日
发明者魏子栋, 朱伟 申请人:重庆大学