[发明专利]一种金属-二氧化碳电池

权利要求书

1.一种金属-二氧化碳电池，包括正极、负极、有机电解液和隔膜，其特征在于，所述正极为具有分级结构的IrO₂/MnO₂复合电极，包括基体上直接生长的片状MnO₂，所述片状MnO₂表面还覆盖有带状MnO₂，还包括纳米IrO₂颗粒，所述纳米IrO₂颗粒均匀负载于片状MnO₂和带状MnO₂表面；

所述的负极选自经表面保护处理的碱金属电极；

具体过程如下：

a）将碱金属置于离子液体电解液中，组装得到组成为碱金属/离子液体电解液/碱金属的对称电池，经循环伏安法扫描若干次；

b）将步骤a）得到的对称电池拆卸后取出碱金属，用步骤a）所述的离子液体反复冲洗若干次，得到经表面处理的碱金属电极。

2.根据权利要求1所述的金属-二氧化碳电池，其特征在于，所述片状MnO₂的尺寸为100~500nm，厚度为2~10nm；所述带状MnO₂的长度为500nm~2μm，宽度为50~200nm，厚度为2~5 nm；所述纳米IrO₂颗粒的直径为1~5nm。

3.根据权利要求2所述的金属-二氧化碳电池，其特征在于，所述具有分级结构的IrO₂/MnO₂复合电极中，MnO₂的承载量为0.1~0.5 mg/cm²，IrO₂的承载量为0.005~0.025 mg/cm²。

4.根据权利要求1~3任一权利要求所述的金属-二氧化碳电池，其特征在于，所述的具有分级结构的IrO₂/MnO₂复合电极的制备方法如下：

1）将基体进行预处理以提高基体表面亲水性；

2）配制KMnO₄水溶液，将步骤1）预处理后的基体浸入所述KMnO₄水溶液中，经水热反应及后处理得到基体负载的含锰前驱体；

3）将KMnO₄、IrCl₃与水混合得到混合溶液，将步骤2）得到的基体负载的含锰前驱体浸入所述混合溶液中，经水热反应及后处理得到基体负载的含锰和铱的前驱体；

4）步骤3）制备的基体负载的含锰和铱的前驱体经焙烧处理后得到所述的具有分级结构的IrO₂/MnO₂复合电极。

5.根据权利要求4所述的金属-二氧化碳电池，其特征在于，步骤1）中，所述的基体选自多孔碳材料；

步骤2）中，所述KMnO₄水溶液中K⁺浓度为0.0001~0.001 mol/L；

所述水热反应温度为70~120℃，时间为1~10h；

步骤3）中，所述混合溶液中K⁺浓度为0.0005~0.005 mol/L，Ir³⁺浓度为0.0001~0.0005mol/L；

所述水热反应温度为70~120℃，时间为1~10h；

步骤4）中，所述的焙烧处理的具体条件为：空气气氛下，200~500℃下焙烧1~5h。

6.根据权利要求1所述的金属-二氧化碳电池，其特征在于，步骤a）中，所述的离子液体电解液由碱金属盐A和离子液体组成，碱金属盐A选自碱金属的高氯酸盐、六氟磷酸盐、三氟甲磺酸盐或双三氟甲烷磺酰亚胺盐；离子液体选自吡咯烷鎓基离子液体；

所述离子液体电解液中，碱金属盐的浓度为0.1~10 mol/L。

7.根据权利要求1所述的金属-二氧化碳电池，其特征在于，步骤a）中，扫锚电压为0.1~1.0V，扫描速率0.1~10mV/s，扫描次数为3~50次。