[发明专利]一种高效氧催化活性沉积铂碳纤维电极的制备方法

说明书

本发明涉及一种高效氧催化活性沉积铂碳纤维电极的制备方法。本发明属于电能源材料技术领域。一种高效氧催化活性沉积铂碳纤维电极的制备方法，其特点是：高效氧催化活性沉积铂碳纤维电极的制备方法的工艺过程为：将聚丙烯腈碳纤维扭捆成刷，以聚丙烯腈碳纤维刷作为电极，以同样碳纤维刷作为辅助电极，在硫酸电解质溶液中，在恒定电流密度下进行氧化和还原交替处理，得到活化改性的聚丙烯腈碳纤维刷电极；配制氯铂酸和硫酸的混合溶液，活化改性后的碳纤维刷在其中进行恒电位极化处理，制得高效氧催化活性Pt沉积聚丙烯腈碳纤维刷电极。本发明具有催化活性高，工艺简单，非常适合海水溶解氧电池使用优点。

技术领域

本发明属于电能源材料技术领域，特别是涉及一种高效氧催化活性沉积铂碳纤维电极的制备方法。

背景技术

目前商品化的海水溶解氧电池，均采用的碳纤维刷作为海水电池的正极。由于电池碳纤维电极未经过表面改性处理，其活性官能团少、电催化活性点少，导致海水中溶解氧在电池阴极还原反应电催化性能很低，只能在极低电流密度下工作，致使电池的功率密度输出特性差，为了满足海水电池的功率需求，需要用大量的碳纤维材料，必然会增大电池的体积和重量。为了提高海水溶解氧电池碳纤维电极对海水中溶解氧的催化活性，需要对其进行表面活化改性处理。通过电化学表面氧化还原处理、氮掺杂热处理等，改变碳纤维的表面原子状态，能显著提升碳纤维材料的氧电催化活性。

然而，活化改性后的聚丙烯腈碳纤维刷的氧还原性能虽显著提高，但相较许多常用的氧还原催化剂(贵金属催化剂，如Pt族；贵金属合金催化剂，如Pt-M合金；非贵金属催化剂等，如过渡金属催化剂等)的性能其仍有待改善。目前，开发的常用的氧还原电催化剂主要是贵金属催化剂，主要有Pt、Ru、Pd，Ir等Pt族催化剂，其中，Pt催化剂具有较高的催化活性以及耐酸碱腐蚀性能，稳定性高，被认为是目前对氧还原反应电催化首选的催化剂。通过恒电位极化、恒电流极化、脉冲极化等电化学方法，可以在表面活化改性后的碳纤维表面修饰一定量的Pt，进一步提高碳纤维刷对氧的电催化活性，然而这方面的公开研究报道几乎没有。

CN203960365U公开了一种碳纤维阳极氧化表面处理装置，该发明以碳纤维作为负极，石墨板作为正极，碳酸氢铵作为电解质，在恒流电场作用下对碳纤维表面进行处理。该发明采用石墨板作为阴极辅助电极，导致氧化时极化很大，碳纤维阳极表面处理后，放电性能较差。

CN104838051A公开了一种氧和氮共掺杂的聚丙烯腈基碳纤维及其制备方法。该氧和氮共掺杂聚丙烯腈基碳纤维，由聚丙烯腈碳纤维为原料，进过电化学改性制备得到，使其表面具有含氧活性官能团和含氮活性官能团组成的活性层。该发明优点就是改性后聚丙烯腈碳纤维对海水溶解氧的催化活性较高，电极制备方法简单。该方法未进行进一步的表面活化处理，催化活性没有得到最大程度的发掘。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种高效氧催化活性沉积铂碳纤维电极的制备方法。

本发明的目的是提供一种具有催化活性高，工艺简单，非常适合海水溶解氧电池使用等特点的高效氧催化活性沉积铂碳纤维电极的制备方法。

本发明提供一种新型的采用恒电位极化在表面活化改性后的碳纤维表面沉积Pt改性处理海水溶解氧电池碳纤维电极的制备方法。

高效氧催化活性沉积铂碳纤维电极的制备方法，步骤如下：