[发明专利]一种熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂及其应用

说明书

本发明涉及的是一种熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂及其应用，其中熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂通过以下方法制备而成:一、将硝酸锰、硝酸镍和硝酸镧溶于蒸馏水中，搅拌混合均匀成硝酸盐前体溶液；将十六烷基三甲基溴化铵溶解溶于蒸馏水中，搅拌制备成胶束液，然后在搅拌下将胶束液加入到硝酸盐前体溶液中，最后加入尿素，得到混合溶液；二、将混合溶液和裁剪好的泡沫镍进行水热反应，得到负载有电催化剂前体的泡沫镍；步骤三：负载有电催化剂前体的泡沫镍700℃煅烧6h，最终制得NiMnO₃‑La₂O₃熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂。本发明合成的双功能电催化剂在高温熔盐环境条件下具有稳定的OER/ORR双功能活性。

一、技术领域：

本发明涉及的是铁空电池催化剂技术领域，具体涉及的是一种熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂及其应用。

二、背景技术：

熔盐铁空气电池是一种利用高温熔盐为电解质实现储能的电池技术，作为一种清洁能源，具有高比能量；此外，铁资源丰富，廉价、无毒，不同于锂、锌等金属电极，铁电极在充放电过程没有枝晶生成，寿命长，比金属锂、钠更安全；铁具有多电子的高储电能力（转移3个电子），远远大于单电子存储的锂离子电池储电能力，也远高于以Na-S和Na-NiCl₂为代表的高温熔盐电池；熔盐铁空气电池可以直接在空气环境下工作，空气中的水分子对电池性能影响微乎其微，不用任何电池隔膜，简化了电池构造技术，其充放电电流强度远远高出常温电池储能技术，特别适合用于大规模电网储能和作为电动汽车的动力电源使用。

在熔盐铁空气电池中，阴极电催化剂是核心组成部分，也是决定电池成本和性能的关键材料。近年来，研究表明NiO纳米晶、锂化NiO纳米晶、PdO修饰的NiO纳米晶和无定形MnO₂-锂化NiO纳米片等熔盐铁空气电池阴极电催化剂具有良好的充放电性能，然而，由于熔盐电解质的高温具有腐蚀性环境，合成出稳定的催化氧气析出反应/氧气还原反应(ORR/OER)双功能电催化剂仍然具有挑战性。因此，开发一种结构和性能稳定的双功能电催化剂成为熔盐铁空气电池催化剂合成技术领域有待解决的重要问题之一。

三、发明内容：

本发明的一个目的是提供一种熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂，这种熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂用于解决现有的熔盐铁空气电池电催化剂在高温熔盐环境下结构和性能还不够稳定的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂为NiMnO₃-La₂O₃熔盐铁空气电池阴极双功能电催化剂，具有催化OER/ORR双功能活性，在高温熔盐环境下具有稳定的类似于沙琪玛的形貌结构，能够为电极反应提供固-液-气三相区，由于NiMnO₃-La₂O₃在高温下稳定，其使用前后其形貌和结构保持基本一致，电催化性能无衰减的倾向；其通过以下方法制备而成:

步骤一：将硝酸锰、硝酸镍和硝酸镧溶于蒸馏水中，搅拌混合均匀成硝酸盐前体溶液，硝酸锰、硝酸镍和硝酸镧的摩尔比为1.5:1:2.5；将0.005-0.03mmol十六烷基三甲基溴化铵溶解溶于蒸馏水中，搅拌制备成胶束液，然后在搅拌下将制备的10-30ml胶束液加入到硝酸盐前体溶液中，最后加入20-80mmol尿素，得到混合溶液；

步骤二：将步骤一获得的混合溶液加入到聚四氟乙烯衬里的水热反应釜中,再将裁剪好的泡沫镍放入其中，密封后在180^oC下水热反应12h，然后自然冷却至室温后，取出泡沫镍，用蒸馏水反复冲洗后，再用无水乙醇冲洗，然后于60^oC下真空干燥12h，得到负载有电催化剂前体的泡沫镍；