[发明专利]铝空气电池阴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阴极催化剂及其制备方法，其包括向溶剂中加入Ag源化合物、Ni源化合物、酸碱缓冲剂、还原剂和表面活性剂，混合后进行溶剂热反应，得到反应液；向步骤一得到的反应液中加入Mn源化合物和C源，超声搅拌，得到催化剂前驱体；将催化剂前驱体烘干、球磨、过筛，得到前驱体粉体；将前驱体粉体进行煅烧，冷却，得到铝空气电池阴极催化剂。本发明制备方法简单、原料价格低廉，极大程度降低了电池材料的生产成本；而且，制备出一种Ag‑Ni双掺杂碳载锰催化剂，在保持Ag基催化剂的高催化活性的基础上进一步提高催化活性，氧还原性能优越，从而提高铝空气电池的放电性能。

技术领域

本发明涉及铝空气电池技术领域，具体涉及一种铝空气电池阴极催化剂及其制备方法。

背景技术

随着化石能源的日渐枯竭，开发新型能源成为目前的当务之急。金属-空气电池使用活泼金属作为阳极进行失电子反应，吸收空气中的氧气作为阴极，进行氧还原反应，电池放电过程中不排放任何污染，是一种清洁的高效能源系统。由于铝-空气电池的理论能量密度在金属-空气电池中仅低于锂-空气电池，而且相对于金属锂，铝的资源更丰富、价格低廉，因此铝-空气电池具有广阔的应用前景。

目前影响铝-空气电池工业化生产的一大难题就是空气电极的极化严重。造成这一现象的原因是催化剂的活性不高。贵金属铂、银氧还原催化性能高，但因其价格昂贵，大大限制了铝空气电池的商业化进程。

因此，如何提升阴极催化剂的催化活性，同时降低电池材料的生产成本是铝空气电池中急需解决的问题之一。

发明内容

本发明提供一种铝空气电池阴极催化剂及其制备方法，制备出一种Ag-Ni双掺杂碳载锰催化剂，用作铝空气电池阴极催化剂，不仅保持了Ag基催化剂的高催化活性，而且极大程度上降低了电池材料的生产成本。解决了上述至少部分技术问题。具体地，本发明包括以下内容。

本发明的第一方面，提供一种铝空气电池阴极催化剂的制备方法，其包括以下步骤：

步骤一，向溶剂中加入Ag源化合物、Ni源化合物、酸碱缓冲剂、还原剂和表面活性剂，混合后进行溶剂热反应，得到反应液；

步骤二，向步骤一得到的反应液中加入Mn源化合物和C源，超声搅拌，得到催化剂前驱体；

步骤三，将催化剂前驱体烘干、球磨、过筛，得到前驱体粉体；

步骤四，将前驱体粉体进行煅烧，冷却，得到铝空气电池阴极催化剂。

优选地，Ag源化合物的用量为1～5g、Ni源化合物的用量为1～5g、酸碱缓冲剂的用量为10～50mL、还原剂的用量为5～10mL、表面活性剂的用量为5～10g，溶剂的用量为10～50mL，Mn源化合物的用量为2～10g，C源的用量为2～10g。

在某些示例性的实施方案中，所述Ag源化合物为硝酸银和/或乙酸银，所述Ni源化合物为硝酸镍和/或乙酸镍。

在某些示例性的实施方案中，所述酸碱缓冲剂选自尿素、氯化铵、氨水和碳酸铵中一种或多种。

在某些示例性的实施方案中，所述还原剂为过氧化氢或水合肼。

在某些示例性的实施方案中，所述表面活性剂选自四丁基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵和聚乙二醇中的一种。

在某些示例性的实施方案中，所述Mn源化合物为硝酸锰和/或乙酸锰，所述C源选自活性炭、乙炔黑、碳纳米管和石墨烯中的一种或多种。

过渡金属Mn、Ni由于其独特的电子排布、多种价态分布，氧吸附及还原性能优异，使得最终制得的催化剂在保持Ag基催化剂高催化活性的基础上，进一步提高催化活性。

在某些示例性的实施方案中，所述溶剂为去离子水或无水乙醇。