[发明专利]金属空气电池催化剂的制备方法及金属空气电池

说明书

本发明提出了一种金属空气电池催化剂的制备方法及金属空气电池，其中，金属空气电池催化剂的制备方法包括：将高锰酸盐溶液与中性盐溶液按照预设比例混合，得到混合后的高锰酸盐溶液；将活性炭材料加入混合后的高锰酸盐溶液中，发生氧化还原反应；待氧化还原反应完成后得到反应产物，并将反应产物进行处理，得到金属空气电池催化剂。

技术领域

本发明涉及金属空气电池技术领域，尤其涉及一种金属空气电池正极催化剂的制备方法以及金属空气电池。

背景技术

金属空气电池作为一种新型的能源转换装置，实际为一种燃料电池，它的工作原理是将金属(例如镁，铝，锌和锂等)作为燃料，通过阴极的催化剂反应，以空气中的氧气作为燃烧剂，从而将金属中的化学能通过氧化还原反应转换为电能的一种装置。

但比较明确的是，空气阴极的氧还原活性高低对金属空气电池的整体性能影响最大，直接利用空气中的氧气来实现金属空气电池的发电，是该类型电池最为吸引人的地方，但这点却恰恰是金属空气电池中最亟需突破且成本最高的地方。因此开发功率较高的金属空气电池，在阴极方面进行突破是最为有利的一步。面对目前阴极氧还原反应效率低下的状况，通过开发高效稳定的氧还原反应催化剂来提高氧催化还原速率进而提高金属空气电池性能是目前针对金属空气电池研发的关键点。

氧还原反应催化剂是提高金属空气电池性能的关键因素，目前，常用的Pt/C催化剂虽然催化性能较好，但由于Pt为贵金属，制作成本相当大，不利于工业上的大规模使用。而锰氧化物催化剂由于储量丰富、环境友好、价格低廉、催化活性优异等优势而倍受关注，可有助于金属空气电池的性能提升和产业化推广。

在相关技术中，技术人员会制备锰氧化物催化剂，特别是二氧化锰催化剂，由于采用高温煅烧等工艺，会使得制备的二氧化锰催化剂颗粒较大，且易团聚，催化性能比较差；或者将活性炭与市售的二氧化锰颗粒机械混合，会使得混合不均匀，影响其催化效果，从而会影响金属空气电池的放电性能。

发明内容

有鉴于此，为了制备高效氧还原催化剂，提高催化剂的氧还原性能，进而提高金属空气电池的放电性能，本发明提出了一种金属空气电池催化剂的制备方法，以及包含有利用该制备方法制备的催化剂的金属空气电池。

为了实现上述目的，本发明提出了一种金属空气电池催化剂的制备方法及金属空气电池，其中，金属空气电池催化剂的制备方法包括：将高锰酸盐溶液与中性盐溶液按照预设比例混合，得到混合后的高锰酸盐溶液；将活性炭材料加入混合后的高锰酸盐溶液中，发生氧化还原反应；待氧化还原反应完成后得到反应产物，并将反应产物进行处理，得到金属空气电池催化剂。

根据本发明的实施例，其中，高锰酸盐为可溶于水的盐，可溶于水的盐包括以下之一：高锰酸钾、高锰酸钠、高锰酸锂、高锰酸钙；高锰酸盐溶液的浓度为0.1～2mol/L。

根据本发明的实施例，其中，中性盐包括以下至少之一：硫酸钠、硫酸钾、氯化钠、氯化钾、硝酸钠、硝酸钾；中性盐溶液的浓度为0.1～5mol/L。

根据本发明的实施例，其中，按照预设比例混合为高锰酸钾溶液与中性盐溶液的体积比为1∶(2～8)。

根据本发明的实施例，其中，活性炭材料包括以下至少之一：科琴黑、Super P活性炭、XC-72活性炭或BP2000活性炭；活性炭材料的比表面积为200～2000m²/g；活性炭的孔道尺寸为5～20nm。

根据本发明的实施例，其中，高锰酸盐与活性炭材料的质量比为5∶(1～5)。

根据本发明的实施例，其中，氧化还原反应温度为0～80℃，反应时间为1～12h。

根据本发明的实施例，其中，并将反应产物进行处理包括：将反应产物搅拌清洗0.5～6h，在60～100℃的温度条件下烘干。