一种光辅助锂氧气电池催化剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及锂氧气电池，尤其涉及一种光辅助锂氧气电池催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在所有可充电电池中，锂氧气(li-o2或li-air)电池具有最高的理论比能量(3,458wh/kg)，被视为最有前景的无污染、高能量的未来储能技术。然而，锂氧气电池的充放电会伴随过氧化锂(li2o2)的形成与分解，其缓慢的转换速率导致锂氧气电池的实际性能较差，难以实现商业化应用，因此，如何提高li2o2的转换速率成为改善锂氧气电池性能的重点。

2、目前研究者多通过催化剂控制li2o2的转换速率来提高电池性能，催化剂的选择有贵金属、钙钛矿氧化物、尖晶石氧化物、层状双氢氧化物等。<ultrafine ru/ruoxnanoparticles uniformly anchored on carbon nanotubes as cathodeelectrocatalyst for lithium-oxygen batteries>中，将ru/ruox纳米粒子原位生长在碳纳米管集流体上，可加快过氧化锂的分解速率，然而较高的催化剂成本限定其只能在实验室中进行。

3、为了解决这些问题，未来的研究可能需要考虑降低贵金属使用量，或者探索其他更有效的氧化物催化剂。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种光辅助锂氧气电池催化剂及其制备方法和应用。利用ag掺杂改变cuco2o4的费米能级，同时在掺杂过程中产生大量氧空位。在光照下，氧空位可以为光生电子提供驻足点，促进光生电子和空穴的分离，更多的光生电子会促进li2o2的形成，空穴则会促进li2o2的分解，从而提高cuco2o4在锂氧气电池中的催化效果。

2、为此，第一方面，本发明实施例提供了一种光辅助锂氧气电池催化剂的制备方法，所述制备方法包括：

3、将可溶性铜盐和可溶性钴盐溶于去离子水中，加入氟化铵，溶解后加入过量氨水，搅拌得到第一混合溶液，将所述第一混合溶液置于水热釜中加热反应生成沉淀物，离心收集所述沉淀物，得到含有氟合氢氧化铜和氟合氢氧化钴的cuco2o4前驱体；

4、将所述cuco2o4前驱体置于管式炉内，在含氧环境中加热，使所述cuco2o4前驱体发生氧化反应，得到cuco2o4粉末；

5、将所述cuco2o4粉末加入硝酸银溶液中，搅拌得到第二混合溶液，超声处理后，将所述第二混合溶液边搅拌边加热，离心收集产物，得到富氧空位的ag掺杂cuco2o4粉末，记作ag@cuco2o4，即为所述光辅助锂氧气电池正极催化剂。

6、优选的，所述可溶性铜盐包括硝酸铜、氯化铜中的一种或多种。

7、优选的，所述可溶性钴盐包括硝酸钴、氯化钴中的一种或多种。

8、优选的，所述可溶性铜盐和所述可溶性钴盐的物质的量比为1:2；

9、所述可溶性铜盐和所述可溶性钴盐的物质的量之和与所述氟化铵的物质的量比不大于1:3。

10、优选的，制备所述第一混合溶液，搅拌的搅拌速率为700rpm-2000rpm，搅拌时间为1-5h；

11、制备所述第二混合溶液时，搅拌的搅拌速率为700rpm-2000rpm，搅拌时间为1-5h；

12、边搅拌边加热时的搅拌速率为300rpm-500rpm。

13、优选的，在反应釜中的加热温度为180℃-220℃，加热时间为8-12h；

14、在含氧环境中的加热温度为500℃-550℃，加热时间为2-6h；

15、边搅拌边加热时的加热温度为180℃-200℃，加热时间为1-2h。

16、优选的，所述硝酸银的摩尔浓度为0.01mol/l-0.03mol/l；

17、所述硝酸银与所述cuco2o4粉末的物质的量比为1:10-3:10。

18、第二方面，本发明提供了一种光辅助锂氧气电池正极催化剂，所述光辅助锂氧气电池正极催化剂为上述第一方面所述的制备方法制备得到的富氧空位的ag@cuco2o4。

19、第三方面，本发明提供了一种光辅助锂氧气电池正极，所述光辅助锂氧气电池正极包括上述第二方面所述的光辅助锂氧气电池正极催化剂。

20、第四方面，本发明提供了一种光辅助锂氧气电池，所述光辅助锂氧气电池包括上述第三方面所述的光辅助锂氧气电池正极。

21、本发明实施例提供的光辅助锂氧气电池正极催化剂的制备方法，本发明利用ag掺杂改变cuco2o4的费米能级，同时在掺杂过程中产生大量氧空位。在光照下，氧空位可以为光生电子提供驻足点，促进光生电子和空穴的分离。在放电过程中，光生电子注入o2的分子轨道，然后与li+结合形成lio2，lio2经历第二次电子还原成li2o2环状体；在充电过程中，li2o2接受ag@cuco2o4阶带中留下的空位，在较低的外加电压下被氧化释放o2和li，不需要中间物的转变，提高了的li2o2转换效率。即更多的光生电子会促进li2o2的形成，空穴则会促进li2o2的分解，从而提高cuco2o4在锂氧气电池中的催化效果。

技术特征：

1.一种光辅助锂氧气电池正极催化剂的制备方法，特征在于，所述制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性铜盐包括硝酸铜、氯化铜中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性钴盐包括硝酸钴、氯化钴中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性铜盐和所述可溶性钴盐的物质的量比为1:2；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备所述第一混合溶液，搅拌的搅拌速率为700rpm-2000rpm，搅拌时间为1-5h；

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在反应釜中的加热温度为180℃-220℃，加热时间为8-12h；

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硝酸银的摩尔浓度为0.01mol/l-0.03mol/l；

8.一种光辅助锂氧气电池正极催化剂，其特征在于，所述光辅助锂氧气电池正极催化剂为上述权利要求1-7任一所述的制备方法制备得到的富氧空位的ag@cuco2o4。

9.一种光辅助锂氧气电池正极，其特征在于，所述光辅助锂氧气电池正极包括上述权利要求8所述的光辅助锂氧气电池正极催化剂。

10.一种光辅助锂氧气电池，其特征在于，所述光辅助锂氧气电池包括上述权利要求9所述的光辅助锂氧气电池正极。

技术总结
本发明实施例涉及一种光辅助锂氧气电池正极催化剂及其制备方法和应用，制备方法包括：将可溶性铜盐和可溶性钴盐溶于去离子水中，加入氟化铵，溶解后加入过量氨水，搅拌得到第一混合溶液，将第一混合溶液置于水热釜中加热反应生成沉淀物，离心收集沉淀物，得到含有氟合氢氧化铜和氟合氢氧化钴的CuCo<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;前驱体；将CuCo<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;前驱体置于管式炉内，在含氧环境中加热，使CuCo<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;前驱体发生氧化反应，得到CuCo<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;粉末；将CuCo<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;粉末加入硝酸银溶液中，搅拌得到第二混合溶液，超声处理后，将第二混合溶液边搅拌边加热，离心收集产物，得到富氧空位的Ag掺杂CuCo<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;粉末，记作Ag@CuCo<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;，即为光辅助锂氧气电池正极催化剂。

技术研发人员：王思邈,曹文卓,闫昭,李婷
受保护的技术使用者：宜宾南木纳米科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25