一种碳载锰氧化物空气电极氧催化剂的制备方法与流程

本发明涉及一种金属燃料电池和空气电池阴极催化剂，特别涉及一种碳载锰氧化物空气电极氧催化剂的制备方法。

背景技术：

随着能源的日益枯竭、环保压力的日益剧增，人们对新能源特别是电池的研究越来越重视。空气电池以能量密度高、使用寿命长、安全环保等诸多优点受到了大家的特别青睐，但空气电极特别是空气电极氧催化剂的成本、性能制约着它的发展，因此开发一种低成本环保高性能的空气电极氧催化剂具有重要的意义。本发明以价格低廉、无污染、资源丰富的锰氧化物作为空气电极氧催化剂，提供一种碳载锰氧化物空气电极氧催化剂的制备方法，替代了传统贵金属铂、银等贵金属催化剂，降低了成本，对环境友好，影响深远。

传统的铂、银贵金属催化剂，价格十分昂贵，以40％的铂碳催化剂为例，价格高达180元/g，制作成空气电极以1mg/cm²来算，每平方米空气电极只是铂碳催化剂的价格就高达4500元，而且制作工艺复杂，严重制约了金属燃料电池、空气电池的发展。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种合成工艺简单的碳载锰氧化物空气电极氧催化剂的制备方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种碳载锰氧化物空气电极氧催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将乙酸锰溶液加入到碳材料中，使乙酸锰跟碳材料具有一定的质量比，

2)在步骤1的溶液中加入表面活性剂，超声分散，烘干，

3)将烘干后的固体转移到坩埚中，放入马弗炉中高温处理，

4)自然冷却，得到黑色粉末研磨后即为该碳载锰氧化物催化剂。

上述技术方案所述步骤1)中，碳材料包括xc-72炭黑、活性炭、乙炔黑任意一种或两种及以上任意比例混合。碳材料要先用乙醇、乙醚、丙酮任意一种或两种及以上任意比例混合的有机溶剂润湿。所用乙酸锰溶液为5％～50％的乙酸锰水溶液或者5％～50％的乙酸锰乙醇溶液，控制乙酸锰跟碳材料的质量比为1∶5～5∶1。所述步骤2)中，表面活性剂包括sdbs、聚乙二醇、ctab中的任意一种或两种及以上任意比例混合，超声分散1～4个小时。烘干使用烘箱或者真空烘箱，温度应控制在60℃～100℃。所述步骤3)中，高温炉为马弗炉或者气氛炉，温度设定在300℃～500℃，高温处理1～5个小时。

采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：

(1)本发明合成工艺简单、成本低廉、有利于金属燃料电池和空气电池技术的普及。

(2)本发明无污染、环保，符合能源与环境和谐持续发展的国家政策。

(3)本发明性能优越，优于含银、加入碳纳米管及加入石墨烯的催化剂，可媲美铂碳催化剂。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明对材料做xrd表征的示意图；

图2为本发明对材料做hrtem测试的示意图；

图3为本发明在不同电流密度下进行放电测试的示意图；

具体实施方式

(实施例1)

取1g活性炭置于烧杯中，加入无水乙醇把活性炭完全润湿，再加入10g50％的乙酸锰溶液同时加入聚乙二醇0.2g，超声处理3h，然后放在真空烘箱80℃烘干，将烘干后的固体转移到坩埚中，置于450℃的马弗炉中高温处理3h，自然冷却，研磨后即得该碳载锰氧化物催化剂。

(实施例2)

取2g乙炔黑置于烧杯中，加入无水乙醇、乙醚把乙炔黑完全润湿，再加入10g50％的乙酸锰溶液同时加入sdbs0.1g，超声处理2h，然后放在真空烘箱70℃烘干，将烘干后的固体转移到坩埚中，置于400℃的马弗炉中高温处理4h，自然冷却，研磨后即得该碳载锰氧化物催化剂。

(实施例3)

取1.5gxc-72炭黑置于烧杯中，加入乙醚、丙酮把xc-72炭黑完全润湿，再加入20g25％的乙酸锰溶液同时加入聚乙二醇、ctab各0.2g，超声处理4h，然后放在真空烘箱60℃烘干，将烘干后的固体转移到坩埚中，置于300℃的马弗炉中高温处理5h，自然冷却，研磨后即得该碳载锰氧化物催化剂。

见图1，通过晶型确认可以知道得到的为立方相的一氧化锰，衍射峰尖锐且强度大可以知道得到的一氧化锰结晶性比较好，晶型比较完整。

见图2，可以清晰的看到，一氧化锰的晶格非常清楚整齐，说明一氧化锰的晶型生长的比较完整，与xrd的测试结果相互印证。也可以看到一氧化锰的晶格跟乙炔黑的晶格相互交叉连在了一起，说明一氧化锰生长在乙炔黑上，而且附着比较牢固。综上所述，所得材料达到了理想中的碳载锰氧化物催化剂的条件。

做成空气电极跟铝阳极搭配在不同电流密度下进行放电测试，见图3，

对比不同催化剂具体放电数据如下：

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种碳载锰氧化物空气电极氧催化剂的制备方法，包括以下步骤：将乙酸锰溶液加入到碳材料中，使乙酸锰跟碳材料具有一定的质量比，在步骤1中加入表面活性剂，然后超声分散，烘干，将烘干后的固体转移到坩埚中，放入高温炉中高温处理自然冷却，得到黑色粉末研磨后即为该碳载锰氧化物空气电极氧催化剂；本发明合成工艺简单、成本低廉、环境友好、性能优越，有利于金属燃料电池和空气电池技术的普及，提高空气电池的性能。

技术研发人员：宋永江;张海伟;宋钱江
受保护的技术使用者：常州优特科新能源科技有限公司
技术研发日：2016.08.22
技术公布日：2018.03.06