[发明专利]一种铝空气电池Ag-石墨烯复合电催化材料及其应用

说明书

本发明属于空气电池材料制造工艺技术领域，具体涉及一种铝空气电池Ag‑石墨烯复合电催化材料及其应用。本发明通过化学还原法一步合成了Ag‑石墨烯复合电催化材料作为空气阳极催化剂材料应用于制备柔性铝空气电池。本发明制备方法具有工艺简单、成本低廉、环境友好、可重复性强、可大量制备的特点，所制备的Ag‑石墨烯复合电催化材料质量轻、比能量大、安全无毒，具有较好的电化学储能性能，作为一种新型纳米电催化材料，所述Ag‑石墨烯复合电催化材料为便携可穿戴的柔性铝空气电池、超级电容器、固态燃料电池等电极材料的研究和应用提供了原料基础。

技术领域

本发明属于空气电池材料制造工艺技术领域，具体涉及一种铝空气电池Ag-石墨烯复合电催化材料及其应用。

背景技术

随着全球经济和社会的迅猛发展，能源的需求与日俱增。我国目前能源结构仍以化石能源为主，要实现“碳达峰、碳中和”目标，离不开新能源的推广和技术创新。在新能源开发中，铝空气电池作为高效、清洁能源技术已成为世界各国关注的新能源之一。由于铝空气电池具有能量密度高，重量轻，材料来源广泛，可靠性高，安全性强，无污染，续航长等优点，故被誉为“21世纪的绿色能源”。柔性铝空气电池使用新型纳米复合电极材料和高度集成的制造工艺，具有完全柔性轻巧的形态，与传统电池相比突出轻薄、柔性可弯折、可定制等特点，能够更好的适应可穿戴设备和柔性电子市场的需求。柔性铝空气电池作为一种新兴的能源使用方式，其体积小、能量转换效率高、工作安静、续航持久、成本低廉成为新能源领域非常重要的发展领域，是未来能源发展的优质研究方向。

铝空气电池中空气阴极与催化剂是整个铝空气电池中最重要、技术含量最高、成本最高的部分。空气阴极的结构优劣影响着氧气交换速率，催化剂的性能好坏影响着能量转换速率。为了更好地与氧气、电解液接触，催化剂通常位于空气电极内部，通过空气阴极表面的微小的气孔与空气接触，以达到催化效果。

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子在平面处以六边形晶格紧凑排列成的材料，具有卓越的导电性和延展性。石墨烯具有超高的表面积，能够使催化剂颗粒的附着便捷高效，加上其优异的导电性和韧性，石墨烯常常被用在电极阴极上，作为沟通催化剂与电极的导电桥梁，且对电极有着一定的保护能力。此外加入催化剂颗粒后可以防止石墨烯的堆积，进而保持大的比表面积，为催化剂颗粒的均匀附着提供保障。

基于此现状，本发明采用一步化学还原法制备Ag/还原氧化石墨烯纳米复合电催化材料作为催化剂应用于铝空气电池中，以改善铝空气电池的性能和催化效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝空气电池Ag-石墨烯复合电催化材料及其应用，本发明所述Ag-石墨烯复合电催化材料采用一步化学还原法进行制备，制备工艺简单、成本低、可规模化生产，同时所述Ag-石墨烯复合电催化材料具有较好的电化学储能性能，作为一种新型纳米材料，所述Ag-石墨烯复合电催化材料为柔性铝空气电池、超级电容器、固态燃料电池等电极材料的研究和应用提供了原料基础。

为了实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种铝空气电池Ag-石墨烯复合电催化材料的制备方法，以AgNO₃和氧化石墨烯为前驱体制备Ag-石墨烯复合电催化材料，包括以下步骤：

a、将固体AgNO₃和固体氧化石墨烯（GO）混合，得到混合原料，将混合原料加入去离子水中，并放入超声波清洗机中超声分散1-2h，得到混合溶液；

b、将步骤a的混合溶液转移至磁力搅拌器中室温下搅拌10-20h，向搅拌好的混合溶液中滴加水合肼溶液，并水浴加热到90-95℃下保温12-24 h，得到黑色溶液；

c、将步骤b的黑色溶液倒入抽滤漏斗中进行过滤，将得到的滤饼依次用无水乙醇和去离子水进行洗涤至中性，将洗涤后的滤饼放入马弗炉中于40-45℃下干燥4-6小时，得到铝空气电池Ag-石墨烯复合电催化材料；制备得到的铝空气电池Ag-石墨烯复合电催化材料作为催化剂可以应用于制备铝空气电池。