[发明专利]一种MnxCe1-xO2纳米粒子的应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学电源技术领域，特别涉及一种Mn_xCe_1-xO₂纳米粒子作为催化剂用于制作铝空气电池空气电极的催化膜的方法。

背景技术

降低空气电极极化电位、提高氧还原催化剂的催化活性是铝空气电池的研究热点，而催化剂的选择和使用是关键。目前应用在空气电极上的催化剂的种类较多，主要有如下几类：贵金属及其合金，如Pt、Pd、Ag等；过渡金属氧化物，如MnO₂，Co₃O₄等；炭材料，如活性炭，石墨烯等；金属螯合物型，如卟啉类、酞菁及其衍生物。其中贵金属催化剂由于昂贵的价格而不适用于大规模商业化应用，而采用常规方法合成的炭材料的催化活性依然不能满足大电流放电的需求。由于MnO₂同时具有较高的催化活性及低廉的价格，故其成为目前研究最多的氧还原催化剂。单独使用MnO₂作催化剂还达不到动力型铝空气电池的性能要求，很多研究人员考虑将MnO₂与其他类型的催化剂混合使用，如与贵金属，碳纳米管，过渡金属氧化物，有机添加剂等。Slanac等[JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C.116(2012)11032]采用C还原KMnO₄合成了Ag-MnOx/VC型催化剂，采用旋转圆盘电极伏安法测定其电催化活性为125mA/mg_Ag+MnOx，这与商业化的Pd/VC(111mA/mg_Pd)和Pt/VC(136mA/mg_Pt)的催化活性相当，而且电子转移数目为3.5，与4电子过程接近。Kumar等[JOURNAL OF POWER SOURCES.196(2011)7016]采用在酸性介质中还原KMnO₄合成了α-MnO₂催化剂，其比表面积高达33–133.0m²g^-1，研究表明将α-MnO₂与贵金属Pd混合使用可以达到更高的催化活性。将其用于锂空气电池，其充电电压可超过3.6V。张宝宏等[电源技术.29(2005)106]研究了Pb添加剂对MnO₂/C空气电极性能的影响，在工作电流密度20～50mA/cm²下，电位比单独MnO₂催化剂可提升30～50mV。黄庆华等[电源技术.28(2004)408]研究了聚苯胺对MnO₂空气电极性能的影响，认为聚苯胺与氧分子间存在的顺磁相互作用，使得O₂在催化层中的含量增加，阻止了MnO₂催化剂被还原成MnOOH而失活。然而上述技术还存在着成本较高，或合成工艺复杂，或催化剂催化活性低等缺点。目前国内外还没发现将MnO₂和CeO₂复合氧化物用于制备空气电极催化膜的报道，本发明将一种简单的合成工艺制备的高比表面积的Mn_xCe_1-xO₂固溶体用于制备空气电极催化膜，进而制备得到的空气电极；经测试表明使用该材料的空气电极具有较好的电化学性能，在大电流密度下，空气电极具有较高的电压平台，明显提高了铝空气电池的能量密度及功率性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Mn_xCe_1-xO₂纳米粒子作为催化剂用于制作铝空气电池空气电极的催化膜的方法；该Mn_xCe_1-xO₂纳米粒子制备过程简单、成本低廉，利用其制备得到的催化膜再制备得到的空气电极在-0.55V（参比电极为Hg/HgO）的极化电流为469mA/cm²，组成铝空气电池后其在200mA/cm²全电池恒流放电下电压平台为1.24V。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

一种Mn_xCe_1-xO₂纳米粒子的应用方法，所述的Mn_xCe_1-xO₂，其中，0﹤x﹤1；作为催化剂用于制作铝空气电池空气电极的催化膜。