[发明专利]一种氧还原催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于催化剂领域，尤其涉及一种氧还原催化剂及其制备方法和应用。本发明提供的氧还原催化剂包括钙钛矿型催化剂和复合在所述钙钛矿型催化剂表面的铈锆复合氧化物；所述钙钛矿型催化剂的通式为La_1‑xSr_xMnO₃；其中，0.1≤x≤0.7；所述铈锆复合氧化物的通式为Ce_1‑yZr_yO₂；其中，0.05≤y≤0.6。本发明通过在钙钛矿型催化剂表面复合铈锆复合氧化物，大幅度提高了催化剂的催化活性，从而提高了采用该催化剂的金属空气的放电性能。实验结果表明，采用本发明提供的催化剂的金属空气电池在放电时的最高功率密度为84～209mW/cm²。

技术领域

本发明属于催化剂领域，尤其涉及一种氧还原催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

能源是发展国民经济和提高人民生活水平的重要物质基础，也是直接影响经济发展的一个重要因素。进入21世纪以来，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，如何在资源有限和环保严格要求的双重制约下保持经济的告诉发展已经成为全球热点问题。而传统的能源利用方式所带来的资源短缺、环境污染、温室效应等问题将更为突出，因此传统能源结构及其利用方式越来越难以适应人类生存发展的需要。为了高效、合理地使用不可再生能源而又保持环境和生态平衡，基本途径就是开发以这些资源为燃料的燃料电池技术。

金属空气电池是一种介于原电池与燃料电池之间的“半燃料”电池，兼具原电池和燃料电池的特点，并具有容量大、比能量高、成本低等优点，被认为是未来很有发展和应用前景的新型电池材料。

金属空气电池一般由金属阳极、电解液及空气阴极组成。其中，空气阴极是金属空气电池的核心部件，对金属空气电池的电池性能有直接影响。金属空气电池的空气阴极的结构较为复杂，一般包含集流层和催化层，其中，催化剂层的性能直接决定了空气阴极的性能。催化剂层活性物质氧的还原是一个复杂的4电子反应过程，交换电流密度小，可逆性差，过电位高，因此阴极的电化学反应，即氧还原反应的速率比金属阳极的电化学反应低近几个数量级。由此可见，氧还原反应过程是影响电池动力学性能的重要因素；氧还原催化剂是金属-空气电池发展的关键，也就成为了相关研究的核心问题。

传统催化剂主要有贵金属及其合金、钙钛矿/尖晶石型氧化物等。贵金属催化剂的优点是对氧的还原反应有较高的催化活性，但价格昂贵，容易中毒失活；钙钛矿型氧化物催化剂的分子式为ABO₃，A位阳离子一般为离子半径较大的碱金属、碱土金属或稀土金属等，B位阳离子一般为离子半径较小的高价过渡金属离子。钙钛矿型氧化物催化剂的元素可选择性较多，可搭配性高，且价格相对低廉，但现有钙钛矿催化剂普遍存在氧离子在催化剂中迁移较慢的缺点，从而导致采用钙钛矿型氧化物催化剂的金属空气电池的放电性能较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种氧还原催化剂及其制备方法和应用，采用本发明提供的氧还原催化剂的金属空气电池具有优异的放电性能。

本发明提供了一种氧还原催化剂，包括钙钛矿型催化剂和复合在所述钙钛矿型催化剂表面的铈锆复合氧化物；

所述钙钛矿型催化剂的通式为La_1-xSr_xMnO₃；其中，0.1≤x≤0.7；

所述铈锆复合氧化物的通式为Ce_1-yZr_yO₂；其中，0.05≤y≤0.6。

优选的，0.15≤x≤0.5。

优选的，0.1≤y≤0.25。

优选的，所述铈锆复合氧化物与所述钙钛矿型催化剂的质量比为(0.01～3)：1。