铝空气电池催化剂的清洗方法及其清洗液与流程

本发明涉及到新能源领域，特别是涉及到一种铝空气电池催化剂的清洗方法及其清洗液。

背景技术：

金属空气电池是新一代绿色蓄电池，它制造成本低、比能量高、原材料可回收利用，性能优越。目前研究较多的金属空气电池有锌空气电池、铝空气电池和锂空气电池等。在电位序中，铝比锌更活泼，可以获得较高的电池电压；一个铝原子可以释放出三个电子，铝可提高电池的能量；此外，铝储量丰富、价格低廉，故铝空气电池的研究进展十分迅速，是一种很有发展前途的空气电池。

铝空气电池，是以铝与空气作为电池材料的一种新型电池。铝作为空气电池的阳极材料有其独特的优点：电化学当量高，铝的电化学当量为2980a·h/kg，为除锂外最高的金属；电极电位较负，在碱性溶液中其标准电极电位为-2.35v(vs.she)，对阳极材料来说，电位越负越好，电池能提供更大的电动势；铝的资源丰富，价格低廉。目前，空气电池用铝阳极材料存在的首要问题是：铝在碱性溶液中自腐蚀很严重，造成阳极利用率大大降低，阻碍了铝空气电池的商业化应用。研究人员通过微合金化开发出新型铝阳极材料，以及添加相应的电解液缓蚀剂，可减小铝的自腐蚀速率。铝空气电池阳极材料常用的合金化元素主要有锌、镁、稼、铟、锡、铅、汞、铋等。这些元素添加到铝中形成三元、四元等多元合金。

铝空气电池由铝阳极、空气阴极和电解液组成；在放电过程中，空气中的氧气通过空气阴极进入电解液到达反应界面发生还原反应而释放出电能。其中催化层是空气电极的关键部分，对其电化学性能起着决定性的作用，铝空气电池的性能很大程度上取决于所选用的阴极催化剂。空气电极性能又能直接影响电极反应平衡，因此，提升其性能可以在一定程度上提高铝空气电池负极的利用率，抑制负极铝的自腐蚀，常用的铝空气电池催化剂一般包括以下种类：

贵金属催化剂：常用的是铂和银，其催化活性高性能比较稳定，但是由于价格比较昂贵且资源短缺所以可采用率不高。

金属大环化合物催化剂：有机金属大环化合物对氧气还原有良好的催化活性，特别是当它们吸附在大表面积碳上时。且它们的活性和稳定性可通过热处理得到显著提高。因此可望代替贵金属氧气还原催化剂。常见的金属大环化合物的合成方法有热分解法和前驱体制备法。但是由于热分解法的热处理过程会导致金属大环化合物与碳基体发生反应，前驱体法制备的催化剂活性差，所以应用也存在有一定问题。

钙钛矿型氧化物催化剂：钙钛矿型氧化物对氧气的还原和析出具有较高的催化活性，且价格低廉，因此在铝空气电池和燃料电池中具有广阔的应用前景。现在的对钙钛矿氧电极催化剂的研究主要集中在改进制备方法和寻找新的取代元素以提高催化性能。无定形前躯体法，特别是苹果酸前躯体法，能制备出晶粒细小、大比表面积的钙钛矿氧化物，从而大大提高它们的催化活性，是目前较好的制备钙钛矿氧化物的方法。

廉价催化剂：最主要的代表是二氧化锰催化剂，它的最大优势在于原料丰富、成本低廉可广泛应用于水性或非水性电解液的电池，但是单一的二氧化锰电催化活性有一定限制，所以人们在这方面的研究从来没有停止。

ab2o4尖晶石型氧化物催化剂：尖晶石的晶格为面心立方。单位晶胞中有32个密堆积的02-离子，64个四面体空隙和32个八面体空隙被金属离子占据。尖晶石的脱水活性与b离子位于四面体空隙的分数有关，分数越大，催化剂表面酸性增加，脱水活性增大，一般铝空气电池不采用这种催化剂。

其他金属及合金催化剂：镍相对便宜，并且在碱性电解质中阳极极化条件下有很高的耐腐蚀性，同时在金属元素中镍的析氧效率是最高的，所以传统上用镍作为碱性水电解阳极材料。还经常采用镍铁、镍钴等合金催化剂，它们有很好的催化活性和耐腐蚀性，也是铝空气电池的一个可考虑的催化剂方向。

复合催化剂：将两种或两种以上的催化剂复合在一起来更好地提高铝空气电池的空气电极的催化活性。

在现有技术制造的催化剂绝大部分在生产完成后是碱性的，而催化剂在具有良好催化性能时是其酸碱度是中性的，因此，如何将催化剂的酸碱度进行调节是现今迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的为提供一种铝空气电池电解液，以解提供一种可以调节催化剂酸碱度从而提高催化剂催化性能的清洗方法。

本发明提出液和第三清洗液，其中，第一清洗液ph值在4.5-5之间；第二清洗液ph值在3.5-4.5之间；第三清洗液ph值在2-3之间，还包括步骤：

在第一温度下，将上述催化剂与上述第一清洗液混合搅拌第一指定时间并过滤，得到第一滤渣；

在第二温度下，将上述第一滤渣与上述第二清洗液混合搅拌第二指定时间并过滤，得到第二滤渣；

在第三温度下，将上述第二滤渣与上述第三清洗液混合搅拌第三指定时间并过滤，得到第三滤渣；

在第四温度下，用纯净水将上述第三滤渣进行清洗并过滤，直至滤液的ph值达到6-8之间，得到清洗后的催化剂。

进一步地，上述的铝空气电池催化剂的清洗方法，上述过滤为减压过滤、真空过滤或抽滤。

进一步地，上述的铝空气电池催化剂的清洗方法，在上述在第四温度下，用纯净水将上述第三滤渣进行清洗并过滤，直至滤液的ph值达到6-8之间，得到清洗后的催化剂的步骤之后，还包括：

将上述清洗后的催化剂进行干燥处理。

进一步地，上述的铝空气电池催化剂的清洗方法，上述干燥处理过程中上述清洗后的催化剂的表面温度小于150摄氏度。

进一步地，上述的铝空气电池催化剂的清洗方法，上述第一指定温度、第二指定温度和第三指定温度均在70℃-90℃之间。

进一步地，上述的铝空气电池催化剂的清洗方法，上述第四指定温度为40℃-85℃之间。

进一步地，上述的铝空气电池催化剂的清洗方法，上述第一指定时间为15-35分钟之间。

进一步地，上述的铝空气电池催化剂的清洗方法，上述第二指定时间为5-30分钟之间。

进一步地，上述的铝空气电池催化剂的清洗方法，上述第三指定时间为5-30秒之间。

一种铝空气电池催化剂的清洗液，包括第一清洗液、第二清洗液和第三清洗液，上述第一清洗液、第二清洗液和第三清洗液的溶质分别包括硫酸、盐酸、硝酸、草酸和乙酸中的一种或多种。

本发明的铝空气电池催化剂的清洗方法及其清洗液，通过酸性较弱的第一清洗液和第二清洗液对催化剂进行清洗达到调整酸碱度的目的；通过酸性较强的第三清洗液对催化剂的表面进行腐蚀，使催化剂的表面粗糙度变大从而增大催化剂的接触面积，提高催化性能。

附图说明

图1为本发明一实施例的铝空气电池催化剂的清洗方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例的铝空气电池催化剂的清洗方法的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参照图1，在本发明实施例中，本发明提供一种铝空气电池催化剂的清洗方法，包括第一清洗液，第二清洗液和第三清洗液，其中，第一清洗液ph值在4.5-5之间；第二清洗液ph值在3.5-4.5之间；第三清洗液ph值在2-3之间，还包括步骤：s1、在第一温度下，将上述催化剂与上述第一清洗液混合搅拌第一指定时间并过滤，得到第一滤渣；s2、在第二温度下，将上述第一滤渣与上述第二清洗液混合搅拌第二指定时间并过滤，得到第二滤渣；s3、在第三温度下，将上述第二滤渣与上述第三清洗液混合搅拌第三指定时间并过滤，得到第三滤渣；s4、在第四温度下，用纯净水将上述第三滤渣进行清洗并过滤，直至滤液的ph值达到6-8之间，得到清洗后的催化剂。

如上述步骤s1，在第一温度下，将上述催化剂与上述第一清洗液混合搅拌第一指定时间并过滤以清洗上述催化剂表面的碱性残留物，得到第一滤渣其中，上述催化剂一般包括生产获得的新催化剂和通过对废旧电池进行回收处理得到的旧催化剂；其中，上述第一指定时间一般为15-35分钟，在本发明实施例中，优选为20-30分钟，由于第一清洗剂为ph值相对较高的酸性清洗剂，故需要相对较长时间的反应，才能有效的清理催化剂上的残留物保证清洗的完成度；其中，上述第一温度一般为60℃-95℃之间，在本发明实施例中，优选温度为65℃-95℃之间，在该温度下既保证了上述清洗剂能高效地对催化剂进行清洗也保证了催化剂不会因温度过高而失活，在混合过程中上述第一清洗液缓慢加入至上述催化剂中，期间不断进行搅拌，当搅拌时间达到指定时长后，进行过滤，其中，上述步骤s1中的过滤优选为减压过滤、真空过滤和抽滤；

如上述步骤s2，在第二温度下，将上述步骤s1得到的第一滤渣与上述第二清洗液混合搅拌第二指定时间并过滤以清洗上述催化剂表面的碱性残留物和其余污渍，其中，上述第二指定时间一般为5-30分钟，在本发明实施例中，优选为5-15分钟，由于第二清洗剂亦为ph值相对较高的酸性清洗剂，故需要相对较长时间的反应，才能有效的清理催化剂上的残留物；其中，上述第二温度一般为60℃-95℃之间，在本发明实施例中，优选温度为65℃-95℃之间，在该温度下既保证了上述清洗剂能高效地对催化剂进行清洗也保证了催化剂不会因温度过高而失活，在混合过程中上述第二清洗液缓慢加入至上述催化剂中，期间不断进行搅拌，当搅拌时间达到指定时长后，进行过滤，其中，上述步骤s2中的过滤优选为减压过滤、真空过滤和抽滤；

如上述步骤s3，在第三温度下，将上述步骤s3得到的第二滤渣与上述第三清洗液混合搅拌第三指定时间并过滤，以将上述经过清洗后的催化剂进行表面腐蚀，使其表面变得更粗糙从而增大上述催化剂的表面积提高催化效率，其中，上述第三指定时间一般为5-30秒，在本发明实施例中，优选为10-20秒，由于第三清洗剂为ph值相对较低的酸性清洗剂，故需要相对较短时间的反应，防止时间过长腐蚀程度过高，影响催化剂的催化效果；其中，上述第三温度一般为60℃-95℃之间，在本发明实施例中，优选温度为65℃-95℃之间，在该温度下既保证了上述清洗剂在理想速率下对催化剂的表面进行腐蚀，温度过高容易将催化剂腐蚀过多影响催化剂的质量，温度过低腐蚀的程度不够，达不到最佳效果，同时还保证了催化剂不会因温度过高而失活，在混合过程中上述第三清洗液缓慢加入至上述催化剂中，期间不断进行搅拌，当搅拌时间达到指定时长后，进行过滤，其中，上述步骤s3中的过滤优选为减压过滤；

如上述步骤s4，用纯净水将上述步骤s3得到的滤渣进行清洗并过滤，直至滤液的ph值达到6-8之间，一般为清洗残留酸液。

在本实施例中，上述的铝空气电池催化剂的清洗方法，上述过滤为减压过滤，由于本清洗方法以酸性液体作为清洗液，因此确保上述清洗液与上述催化剂的接触时间尤为重要，若与上述清洗液接触时间过短清洗不完全，接触时间过长会破坏上述催化剂，使其失活，而在上述步骤s1-3中上述催化剂均要与上述清洗液接触，因此为保证接触与上述清洗液的接触时间不超过预设时长，采用减压过滤、真空过滤或抽滤的快速过滤方法对上述步骤s1-3中的溶液进行过滤以减少过滤时间所带来的时间误差，影响清洗效果。

参照图2，在本实施例中，上述的铝空气电池催化剂的清洗方法，在上述在第四温度下，用纯净水将上述第三滤渣进行清洗并过滤，直至滤液的ph值达到6-8之间，得到清洗后的催化剂的步骤之后还包括：s5、将上述清洗后的催化剂进行干燥处理。

如上述步骤s5，将上述步骤s4得到的第三滤渣进行干燥处理，其中，上述干燥温度一般不高于150℃，在本发明实施例中，优选为105℃-125℃之间，防止温度过高破坏催化剂。

在本实施例中，上述的铝空气电池催化剂的清洗方法，上述干燥处理过程中滤渣的表面温度不高于150摄氏度，在本发明实施例中，优选为105℃-125℃之间，防止温度过高破坏催化剂。

在本实施例中，上述的铝空气电池催化剂的清洗方法，上述第一指定温度、第二指定温度和第三指定温度均在60℃-95℃之间，在本发明实施例中，优选温度为65℃-95℃之间。

在本实施例中，进一步地，上述的铝空气电池催化剂的清洗方法，上述第四指定温度为40℃-85℃之间，在本发明实施例中，优选温度为45℃-75℃之间，上述第四温度一般比上述第三温度低，用以减缓上述第三清洗剂的腐蚀效果，防止在清洗时由于纯净水的温度过高导致依附在上述催化剂表面的清洗剂对催化剂二次腐蚀的加重。

在本实施例中，上述的铝空气电池催化剂的清洗方法，上述第一指定时间为15-35分钟之间，在本发明实施例中，优选为20-30分钟，由于第一清洗剂为ph值相对较高的酸性清洗剂，故需要相对较长时间的反应，才能有效的清理催化剂上的残留物保证清洗的完成度。

在本实施例中，上述的铝空气电池催化剂的清洗方法，上述第二指定时间为5-30分钟之间，在本发明实施例中，优选为5-15分钟，由于第二清洗剂亦为ph值相对较高的酸性清洗剂，故需要相对较长时间的反应，才能有效的清理催化剂上的残留物。

在本实施例中，上述的铝空气电池催化剂的清洗方法，上述第三指定时间为5-30秒之间，在本发明实施例中，优选为10-20秒，由于第三清洗剂为ph值相对较低的酸性清洗剂，故需要相对较短时间的反应，防止时间过长腐蚀程度过高，影响催化剂的催化效果。

一种铝空气电池催化剂的清洗液，包括第一清洗液、第二清洗液和第三清洗液，其中，上述第一清洗液、第二清洗液和第三清洗液的溶质分别包括硫酸、盐酸、硝酸、草酸和乙酸中的一种或多种；上述第一清洗液ph值包括在4.5-5之间；第二清洗液ph值包括在3.5-4.5之间；第三清洗液ph值包括在2-3之间。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。