[发明专利]一种锌空电池用Ag/C催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种锌空电池用Ag/C催化剂的制备方法。

背景技术

锌空电池是以空气中的氧作为正极活性物质，锌作为负极活性物质，氢氧化钾溶液作为电解液的高能化学电源。该电池具有容量大、能量高、工作电压平稳、原料丰富、价格低廉和无环境污染等优点，被称之为“面向21世纪的绿色能源”，是传统电池较为理想的替代产品。但用于电动车辆上的锌空电池，空气电极催化剂活性偏低，影响电池充放电的电流密度。

银是典型的氧还原催化剂之一，具有良好的导电性和较稳定的物理化学性能。在碱性电解质中，银对氧还原具有很高的催化活性。而且，银对过氧化物离子分解也是很好的催化剂。因此，银被认为是燃料电池和金属空气电池中比较理想的催化剂。早期燃料电池和金属空气电池中氧电极使用银替代铂催化剂较多，后来，因其容易引起团聚、重结晶等问题，降低了催化活性。

从目前国内外研究情况来看，关于Ag/C催化剂的制备方法研究的专利非常少，绝大部分都是集中在文献上。20世纪60年代末，建立了溶剂化金属原子浸渍法，即在金属原子反应器中通过电阻加热使金属银蒸发为银原子，于-196℃，引入有机溶剂，让银原子与其发生共凝聚，产生不稳定的金属-有机络合物，之后升温至-78℃，金属-有机络合物融化，将融化的金属-有机络合物转移到催化剂载体物质上，在氮气保护下搅拌浸渍数小时，然后升至室温，真空脱有机溶剂得到Ag/C载体催化剂。溶剂化金属原子浸渍法制备的Ag/C催化剂中Ag颗粒的平均粒径较小，电催化活性较高，是制备高催化活性Ag/C催化剂的有效方法。但由于溶剂化金属原子浸渍法制备的化合物的成本较贵，其中60%的费用为冷却费用，并且制备条件苛刻，目前仍处于实验室规模，还无法实现商品化应用。

目前人们通常采用硝酸银溶液浸渍法和氧化银还原法制备Ag/C催化剂。硝酸银溶液浸渍法是用AgNO₃溶液浸渍活性炭载体，然后在氢气氛围中高温加热，使AgNO₃分解还原，制备Ag/C催化剂；氧化银还原法是将活性炭载体与AgNO₃溶液混合，快速加入NaOH溶液制备高分散的氧化银，然后在氢气氛围中高温加热，使氧化银分解还原，制备Ag/C催化剂。但采用上述方法制备的Ag/C催化剂粒径较大，从而导致Ag/C催化剂的催化活性较低。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种锌空电池用Ag/C催化剂的制备方法，本发明所制备的锌空电池用Ag/C催化剂粒径小并且粒径比较均匀，可以提高锌空电池的输出功率。

本发明提供了一种锌空电池用Ag/C催化剂的制备方法，包括以下步骤：

A）将银盐化合物、保护剂和水混合，得到混合液，将混合液与还原剂混合，在搅拌的条件下反应，得到胶体银溶液；

B）将所述胶体银溶液与活性炭混合，搅拌，过滤，洗涤，干燥，得到锌空电池用Ag/C催化剂。

优选的，所述银盐化合物与保护剂的质量比为1：（5～20）。

优选的，所述保护剂为聚乙烯吡咯烷酮。

优选的，所述银盐化合物为硝酸银。

优选的，所述混合液中银盐化合物的浓度为0.01～0.1mol/L。

优选的，所述还原剂为硼氢化钠、草酸或氯化亚锡。

优选的，所述还原剂的浓度为0.01～0.1mol/L。

优选的，所述银盐化合物与还原剂的摩尔比为1：（1～2）。

优选的，步骤A）中所述反应的时间为0.5～2h，所述反应的温度为23～28℃。

优选的，所述干燥的温度为80～100℃，干燥的时间为12～24h。

与现有技术相比，本发明将银盐化合物、保护剂和水混合，得到混合液，将混合液与还原剂混合，在搅拌的条件下反应，得到胶体银溶液；将所述胶体银溶液与活性炭混合，搅拌，过滤，洗涤，干燥，得到锌空电池用Ag/C催化剂。本发明在制备锌空电池用Ag/C催化剂过程中，添加了保护剂，其空间位阻和官能团效应起到了降低Ag粒子生长速度和阻止Ag粒子团聚的作用。并且Ag(Ⅰ)离子与保护剂生成的Ag(Ⅰ)配位聚合物，使Ag(Ⅰ)离子有规律地分散固定在保护剂的晶体空间内，有利于制备出粒径较小并且粒径较为均匀的Ag/C催化剂粒子，从而可以提高锌空电池的输出功率。

结果表明，本发明所制备的锌空电池用Ag/C催化剂粒径范围为10～30nm，并且粒径比较均匀。

附图说明