[发明专利]正极材料及其制备方法和二氧化碳电池

说明书

本发明涉及一种正极材料及其制备方法和二氧化碳电池，所述正极材料包括85％～95％的多孔碳和附着于所述多孔碳上的2～10％氮、1～5％硫，所述正极材料的BET比表面积为400～1200m²/g，平均孔径尺寸为2～5nm。本发明具有的有益效果：(1)本发明的正极材料具有较高的比表面积，为反应提高较大的接触面积，提高催化效率；(2)本发明利用槟榔制备氮、硫共掺杂多孔碳材料方法简单、成本低廉，原料广泛易得，结构好，呈蜂窝状，有利于离子、电子的高效传输；(3)本发明利用槟榔制备氮、硫共掺杂多孔碳材料方法为该类生物质废弃物的高附加值产品的开发利用提供新方法。

技术领域

本发明涉及新能源材料领域，更具体地，涉及一种正极材料及其制备方法、二氧化碳电池正极和二氧化碳电池。

背景技术

近年来，人口基数的增长在很大程度上决定了能源的消耗与需求量，全球化石燃料使用量大幅增加，二氧化碳释放量与环境的平衡问题限制了人类社会的可持续发展。全球变暖已经威胁到人类的正常生活，捕获CO₂并将其转化为燃料和化学品是减少CO₂排放量的一条有效途径。在二氧化碳的开发利用中，金属二氧化碳电池，特别是钠二氧化碳电池，因其能量密度高、钠资源丰富、成本低，已成为二氧化碳资源化利用的全新方法，其与储能体系相结合，能实现二氧化碳的资源化循环利用，也有利于降低化石燃料消耗，是开发和利用可再生清洁能源的有力技术，对缓解能源短缺和全球变暖问题具有重要的现实意义。

尽管近年来金属二氧化碳电池的研究已取得了重大突破，但其发展仍然相对缓慢。二氧化碳电池正极发生二氧化碳还原反应(CO₂RR)，该反应是多电子转移过程，电化学反应迟缓，另外，碳酸盐类放电产物也极难分解，导致二氧化碳电池仍存在循环性能力差、极化高、倍率性能差等问题。高性能阴极能有效降低电池充/放电过电位，显著提高容量和能源效率，以及倍率性能和循环稳定性。因此，寻求一种高性能阴极的材料，对于提高二氧化碳电池的电池性能具有重要意义。

发明内容

基于此，本发明的目的就是提供一种高性能的二氧化碳正极材料。

一种正极材料，以原子百分比计，所述正极材料包括85％～90％的多孔碳和附着于所述多孔碳上的5～10％氮、1～5％硫，所述正极材料的BET比表面积为300～1200m²/g，平均孔径尺寸为2～5nm。

在一些实施方式中，所述正极材料的BET表面积为616m²/g。

在一些实施方式中，所述正极材料中孔径尺寸为2.65nm。

本发明的第二个目的就是提供一种所述正极材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将粉碎的槟榔置于碱液中浸润，洗涤干燥，获取活化后的槟榔；

2)将活化剂和活化后的槟榔添加至水中浸润，干燥，保温煅烧，洗涤干燥，获得多孔碳材料；

3)将所述多孔碳材料置于硫化铵与醇溶液的混合液中，搅拌至干燥，在保护气氛下保温煅烧，获得氮硫掺杂的多孔碳材料，即正极材料。

在一些实施方式中，所述碱液选自氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种。

在一些实施方式中，所述碱液为氢氧化钠。

在一些实施方式中，所述氢氧化钠的浓度为1～5mol/L。

在一些实施方式中，所述活化剂选自碳酸氢钾、碳酸氢钠、碳酸钙和硝酸盐中的至少一种。

在一些实施方式中，在步骤2)中，所述洗涤采用酸和/或水洗涤。

在一些实施方式中，在步骤2)中，所述洗涤的溶液选自盐酸和硝酸的至少一种。

在一些实施方式中，所述盐酸的浓度为1～5mol/L。