[发明专利]一种电池阴极催化剂、制备方法以及在金属空气电池中的应用

说明书

本发明提供了一种电池阴极催化剂，包括多孔二氧化铈微球以及分散于所述多孔二氧化铈微球内部和表面的银粉。本发明提供的电池阴极催化剂以多孔二氧化铈微球作为稳定的银的载体，具有较大的比表面积，能防止纳米银粒子在烧结和测试过程中发生团聚，使催化剂保持较高的催化活性，并且二氧化铈具有良好的氧化还原特性，能在氧化气氛中消耗氧气，在还原气氛中提供氧气，使氧在氧化铈内部快速迁移至三相界面，提高氧迁移速率，提高电池的能量效率。

技术领域

本发明属于金属空气技术领域，具体涉及一种电池阴极用催化剂及其制备方法以及一种电池阴极和一种金属空气电池。

背景技术

金属空气电池是一类特殊的燃料电池，通过将燃料电池负极中的氢替代为金属形成的一种新概念电池，电池运行过程中可通过补充消耗的负极材料就能维持电池的持续运行。铝作为地球上储存量最多的金属，与其它金属相比，作为该类电池的负极材料时能产生更大的能量密度和更高的能量效率，并且铝空气电池的质量轻、污染小、可靠性高、寿命长、使用安全等优点，被为是“21世纪的绿色能源”。铝空气电池的阳极常采用商业化的铝合金，而阴极采用自制的催化剂，因此阴极催化剂性能的改善将明显提高空气电池的整体水平。

贵金属铂和钯虽然对空气电池具有良好的催化活性，但是储量稀少，价格昂贵，这严重限制了铝空气电池的商业化发展。银在铝空气电池中的催化性能仅次于铂和钯，但银的储量远大于两者。因此，采用银作为铝空气电池的催化剂具有良好的应用前景。但是，纳米级的单金属银作为铝空气电池阴极催化剂在催化过程中容易发生团聚，这减小了银的利用效率，降低了电池的能量效率。

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电池阴极用催化剂及其制备方法以及一种电池阴极和一种金属空气电池，本发明提供的电池阴极用催化剂应用于金属空气电池中时，电池具有较高的能量效率。

本发明提供了一种电池阴极催化剂，包括多孔二氧化铈微球以及分散于所述多孔二氧化铈微球内部的纳米银粒子。

优选的，所述电池阴极催化剂的粒径为1～20μm，所述纳米银粒子的尺寸为10～200nm。

优选的，所述电池阴极用催化剂的粒径为5～10μm，所述纳米银粒子的尺寸为60～120nm。

本发明还提供了一种电池阴极催化剂的制备方法，包括以下步骤：

A)将纳米银粉、铈盐、分散剂、络合剂和水混合搅拌，得到溶胶；

B)将所述溶胶依次进行水热反应和煅烧，得到电池阴极催化剂。

优选的，所述纳米银粉与铈盐的质量比1：(0.1～100)，所述分散剂与纳米银粉的质量比为1:(0.1～10)，所述络合剂与铈盐的质量比1:(0.1～10)。

优选的，所述纳米银粉与铈盐的质量比为1：(0.2～10)，所述分散剂与银粉的质量比为1:(0.3～3)，所述络合剂与铈盐的质量比为1:(0.3～3)。

优选的，所述铈盐选自硝酸铈、氯化铈、硫酸铈和醋酸铈中的一种或多种；

所述分散剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇和十二烷基磺酸钠中的一种或多种。

所述络合剂选自柠檬酸、柠檬酸钠、草酸和草酸钠中的一种或多种。

优选的，所述水热反应的温度为100～400℃，所述水热反应的时间为1～20h。

优选的，所述煅烧的温度为300～1000℃，所述煅烧的时间为1～10h。

本发明还提供了一种电池阴极，由活性碳和电池阴极催化剂制备而成，所述电池阴极催化剂选自上述电池阴极催化剂或上述制备方法制备的电池阴极催化剂。