[发明专利]一种铝-空气电池的空气电极催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开一种铝‑空气电池的纳米钙钛矿空气电极催化剂及其制备方法。属于铝‑空气电池制备技术领域，本发明针对现有制备方法所制备得到的钙钛矿催化剂粒径较大、比表面积小和形态学特征较少的钙钛矿催化剂，使用溶胶‑凝胶法合成钙钛矿型催化剂La_0.4S_r0.6Co_0.7Fe_0.2Nb_0.1O₃，该催化剂具有粒径小、尺寸均一、比表面积大、可重复性好、催化活性高、物理化学性质稳定、药品廉价易得等优点，材料制备所需温度低，时间短，原料成本低，制备工艺环保，易于工业化生产。La_0.4S_r0.6Co_0.7Fe_0.2Nb_0.1O₃可用作铝‑空气电池的空气电极催化剂。该方法所制得的铝‑空气电池具有放电电压高，稳定性好等优点。本发明提供的制备工艺简单、易控制，有利于大规模批量生产。

技术领域

本发明属于铝-空气电池制备技术领域，具体涉及铝-空气电池的空气电极催化剂及其制备方法。

背景技术

现代社会目前正处于从以化石燃料为基础的经济向减少环境污染所需的清洁能源的过渡阶段。因此，一些可再生能源正在被开发，如太阳能、风能和水力发电。在这些新型储能系统中，金属空气电池因其能量密度高、容量大、成本低(取决于金属阳极)、放电电压恒定等优点而备受关注。然而，氧还原反应动力学迟缓，这需要额外的能量(过电位)来克服这些反应的动力学障碍，这些设备的能源效率被大大降低，从而限制了这些能源设备的商业化。因此，有必要开发电催化剂来促进这种反应，从而减少驱动这些装置中这些反应所需的额外能量。

目前，贵金属铂(Pt)被认为是碱性氧电催化中较好的氧还原反应电催化剂，但由于贵金属价格昂贵，催化性能单一等缺点导致其商业化应用发展受到严重的限制。开发非贵金属催化剂已成为金属空气电池的重点。到目前为止，许多类型的非贵金属催化剂，如已经被报道的金属大环化合物和碳质材料，钙钛矿形式的过渡金属氧化物、尖晶石及其掺杂剂。在各种双功能催化剂中，钙钛矿基氧化物因其在碱性溶液中具有良好的催化活性和稳定性而被用作氧催化剂。由于钙钛矿在组成和晶体结构上的巨大灵活性，使得钙钛矿氧化物具有可调的电子结构，它们的物理化学性质可以被广泛改变，这可以进一步调整它们的催化活性。使其具有多种物理和化学性质。此外，钙钛矿显示出对氧气还原反应、析氧反应、析氢反应催化的巨大潜力，因其合成容易，成本相对较低，结构灵活、本征催化活性高等优点，有望成为多种能源相关应用的高效电催化剂。

钙钛矿催化剂的传统合成方法(例如，固相合成法、熔盐法和共沉淀法)通常只能得到粒径较大、比表面积小和形态学特征较少的钙钛矿催化剂，催化活性有限，限制其大规模实际应用(例如，金属空气电池、电解水、固体氧化物燃料电池)。合成纳米级钙钛矿是提高催化性能的有效途径，这与纳米尺寸效应密切相关，随着纳米钙钛矿粒径的减小，其表面积增大，催化活性位点增多，从而提高了催化性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有铝空气电池所存在的问题而提供一种原材料价格低廉、催化活性高、化学稳定性好的铝-空气电池空气电极催化剂，所述的铝-空气电池空气电极催化剂为分子式为La_0.4S_r0.6Co_0.7Fe_0.2Nb_0.1O₃，其由平均粒径100nm的钙钛矿结构颗粒聚集形成疏松多孔形貌。

本发明的另一个目的是在于提供上述铝-空气电池空气电极催化剂的制备方法，该制备方法是采用溶胶-凝胶法制备出具有颗粒细小和较大的比表面积的金属氧化物粉体。

本发明的目的是这样实现的，一种铝-空气电池空气电极催化剂的其制备方法，包括如下步骤：