一种二氧化锰/银催化剂、制备方法及其应用_2

文档序号:9507544阅读:来源:国知局
颗粒。优选地,所述两亲性嵌段聚合物包括两嵌段聚合物聚乙烯_b-聚环氧乙烷(ΡΕ-ΡΕ0),三嵌段聚合物聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(ΡΕ0-ΡΡ0-ΡΕ0),两亲性嵌段聚合物的浓度为5?25g/L,所述两亲性嵌段聚合物与硫酸锰的质量比为1:1?1:3,所述硫酸锰与高锰酸钾的质量比为1:1?1:2。
[0036]所述银氨溶液的制备包括如下步骤:将一定量的硝酸银(AgN03)溶解于去离子水中得到AgN03溶液,并缓慢加入一定量的氨水得到银氨溶液,搅拌直到该银氨溶液先浑浊再澄清为止,所述AgN03溶液的浓度为0.1?0.4mol/L,所述氨水的用量为使银氨溶液由浑浊变得澄清为止。
[0037]优选地,所述二氧化猛颗粒与AgN03的质量比为0.1:1?3:1。
[0038]S3:将二氧化锰颗粒经过敏化、活化预处理,增强银镀层的均匀性以及银镀层与二氧化锰基体之间的结合力。在上述反应液加入表面活性剂,使大比表面积的二氧化锰颗粒均匀地分散在反应液中。将所述反应液滴加到所述还原液,反应后得到所述二氧化锰/银催化剂。
[0039]S4:将含有二氧化锰/银催化剂的反应液进行离心、清洗、真空干燥得到二氧化锰/银催化剂颗粒。
[0040]本发明实施方式提供了一种二氧化锰/银催化剂,其包括具有特殊花球状结构的二氧化锰颗粒,以及均匀附着在二氧化锰颗粒花状表面的银颗粒。所述二氧化锰颗粒的粒径为20 μ m?60 μ m,所述纳米银颗粒的粒径为50nm?200nm。所述二氧化猛与银颗粒的质量比为0.5:1?2:1,优选质量比为1:1。其中,所述二氧化锰颗粒的比表面积为90?170m2/g,其由多个自内往外延伸且相互连接的花瓣组成。
[0041]本发明所提供的二氧化锰/银催化剂的制备方法,简单易行,不需要采用高温加热设备,制备的二氧化锰颗粒为特殊的花球状结构,具有较大的比表面积(90?170m2/g);银的制备也采用常温下的化学还原法,所制备的银为纳米尺寸,避免了高温条件下银颗粒的团聚问题。通过对各种原料的配伍及比例进行调控,得到了银和二氧化锰的最优比例,经测试,该催化剂比单独的二氧化锰或商业银催化剂具有更高的放电功率密度,并且更适合在大电流下放电,能显著提高金属空气电池的电性能。本发明还提供了一种空气电池阴极及其制备方法。
[0042]本发明实施方式提供一种包括所述二氧化锰/银催化剂的空气电池阴极,其进一步包括活性炭、乙炔黑、PETF及有机溶剂,所述二氧化锰/银催化剂、所述活性炭及所述乙炔黑的质量比为2:4:1。
[0043]本发明实施方式提供一种空气电池阴极的制备方法,其包括如下步骤:
[0044]S10:配置还原液:将葡萄糖与酒石酸钠溶解于去离子水中,并加入无水乙醇,混合均匀,形成还原液;
[0045]S20:将二氧化锰经过敏化、活化预处理,分散在银氨溶液中形成反应液;
[0046]S30:搅拌所述反应液,并将所述反应液滴加到所述还原液,反应后得到所述二氧化锰/银催化剂;
[0047]S40:将含有二氧化锰/银催化剂的反应液进行离心、清洗、真空干燥得到二氧化锰/银催化剂颗粒;
[0048]S50:将所述固态二氧化锰/银催化剂与活性炭、乙炔黑以质量比为2:4:1,采用有机溶剂作为溶剂配置浆料;
[0049]S60:将该浆料以3?5mg/cm2的担载量涂覆到金属空气电池的气体扩散层基体上,以一定的烧结程序烧结(350°C烧结lh)即可得到适用于金属空气电池的空气电池阴极。
[0050]下面结合具体实施例对本发明的二氧化锰/银催化剂的制备方法进行说明:
[0051]实施例1
[0052]将0.3g三嵌段聚合物溶解于10ml乙醇中,将0.6g硫酸锰溶解于10ml去离子水中,将两种溶液混合进行超声处理10次,每次2min (超声功率30W,频率40kHz)。溶解0.8g高锰酸钾于20ml去离子水溶液,将该溶液逐滴加入硫酸锰与模板剂的混合溶液中,在磁力搅拌下继续反应24h,将所得溶液离心分离得到沉淀物,用去离子水和乙醇将沉淀物反复洗涤3次,在45?80°C下烘干,研磨,得到花球状二氧化锰颗粒,如图1所示。该二氧化锰颗粒的粒径为30?50 μ m,所述二氧化猛颗粒的比表面积为140m2/g,其由多个自内往外延伸且相互连接的花瓣组成。
[0053]实施例2
[0054]将0.6g三嵌段聚合物溶解于10ml乙醇中,将0.6g硫酸锰溶解于10ml去离子水中,将两种溶液混合进行超声处理10次,每次2min (超声功率10W,频率40kHz)。溶解1.2g高锰酸钾于20ml去离子水溶液,将该溶液逐滴加入硫酸锰与模板剂的混合溶液中,在磁力搅拌下继续反应24h,将所得溶液离心分离得到沉淀物,用去离子水和乙醇将沉淀物反复洗涤3次,在45?80°C下烘干,研磨,得到花球状二氧化锰颗粒。该二氧化锰颗粒的粒径为20?40 μm,所述二氧化锰颗粒的比表面积为170m2/g,其由多个自内往外延伸且相互连接的花瓣组成。
[0055]实施例3
[0056]将0.2g三嵌段聚合物溶解于10ml乙醇中,将0.6g硫酸锰溶解于10ml去离子水中,将两种溶液混合进行超声处理10次,每次2min (超声功率60W,频率40kHz)。溶解0.6g高锰酸钾于20ml去离子水溶液,将该溶液逐滴加入硫酸锰与模板剂的混合溶液中,在磁力搅拌下继续反应24h,将所得溶液离心分离得到沉淀物,用去离子水和乙醇将沉淀物反复洗涤3次,在45?80°C下烘干,研磨,得到花球状二氧化锰颗粒。该二氧化锰颗粒的粒径为40?60 μπι,所述二氧化猛颗粒的比表面积为90m2/g,其由多个自内往外延伸且相互连接的花瓣组成。
[0057]实施例4
[0058]称取3.15g AgN03,溶于75ml去离子水中(0.25M),量取18ml NH3.H20缓慢加入上述硝酸银溶液中,用玻璃棒搅拌,银氨溶液先浑浊再澄清。称取葡萄糖lg,酒石酸钠0.06g,去离子水45ml,无水乙醇5ml,形成充分互溶的还原液。称取实施例1中制得的花球状Μη02颗粒2g,经过敏化、活化预处理后加入银氨溶液中。然后将该混合液滴加进还原液中,边滴加边搅拌(900rpm),滴加完毕后继续搅拌180min。离心、清洗3次,将获得的产物在80°C真空干燥箱中烘干24h,最终得到Mn02/Ag催化剂,该催化剂中MnOjP Ag的质量比约为4:3。
[0059]实施例5
[0060]称取3.15g AgN03,溶于75ml去离子水中(0.25M),量取18ml NH3.H20缓慢加入上述硝酸银溶液中,用玻璃棒搅拌,银氨溶液先浑浊再澄清。称取葡萄糖4g,酒石酸钠0.25g,去离子水45ml,无水乙醇5ml,形成充分互溶的还原液。称取实施例1中制得的花球状Μη02颗粒2g,经过敏化、活化预处理后加入银氨溶液中。然后将该混合液滴加进还原液中,边滴加边搅拌(900rpm),滴加完毕后继续搅拌180min。离心、清洗3次,将获得的产物在80°C真空干燥箱中烘干24h,最终得到Mn02/Ag催化剂,该催化剂中MnOjP Ag的质量比约为3:4。
[0061]实施例6
[0062]称取1.26g AgN03,溶于75ml去离子水中(0.1M),量取7ml NH3.H20缓慢加入上述硝酸银溶液中,用玻璃棒搅拌,银氨溶液先浑浊再澄清。称取葡萄糖0.8g,酒石酸钠0.05g,去离子水45ml,无水乙醇5ml,形成充分互溶的还原液。称取实施例1中制得的花球状Μη02颗粒2g,经过敏化、活化预处理后加入银氨溶液中。然后将该混合液滴加进还原液中,边滴加边搅拌(900rpm),滴加完毕后继续搅拌180min。离心、清洗3次,将获得的产物在80°C真空干燥箱中烘干24h,最终得到Mn02/Ag催化剂,该催化剂中MnOjP Ag的质量比约为3:2。
[0063]实施例7
[0064]称取5g AgN03,溶于75ml去离子水中(0.4M),量取30ml NH3.H20缓慢加入上述硝酸银溶液中,用玻璃棒搅拌,银氨溶液先浑浊再澄清。称取葡萄糖3.2g,酒石酸钠0.2g,去离子水45ml,无水乙醇5ml,形成充分互溶的还原液。称取实施例1中制得的花球状胞02颗粒2g,经过敏化、活化预处理后加入银氨溶液中。然后将该混合液滴加进还原液中,边滴加边搅拌(900rpm),滴加完毕后继续搅拌180min。离心、清洗3次,将获得的产物在80°C真空干燥箱中烘干24h,最终得到Mn02/Ag催化剂,该催化剂中MnOjP Ag的质量比约为2:3。
[0065]实施例8
[0066]称取3.15g AgN03,溶于75ml去离子水中(0.25M),量取18ml NH3.H20缓慢加入上述硝酸银溶液中,用玻璃棒搅拌,银氨溶液先浑浊再澄清。称取葡萄糖2g,酒石酸钠0.13g,去离子水45ml,无水乙醇5ml,形成充分互溶的还原液。称取实施例1中制得的花球状Μη02颗粒2g,经过敏化、活化预处理后加入银氨溶液中。然后将该混合液滴加进还原液中,边滴加边搅拌(900rpm),滴加完毕后继续搅拌180min。离心、清洗3次,将获得的产物在80°C真空干燥箱中烘干24h,最终得到Mn02/Ag催化剂,如图2所示。该催化剂中银颗粒的平均粒径为lOOnm,均匀附着在二氧化锰颗粒的表面,其中MnOjP Ag的质量比约为1:1。
[0067]称取松油醇24g,加入表面活性剂0.36g,活性炭载体2.68g,导电剂0.67g,上述Mn02/A
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