[发明专利]一种正极材料及其制备方法、快速化学自充电电池

说明书

本发明属于电化学技术领域，公开了一种正极材料及其制备方法、快速化学自充电电池，正极材料由正极活性材料与催化剂按照一定质量比混合或复合得到，其中正极活性材料为具有氧化还原活性的电极材料，催化剂为氧还原催化剂；快速化学自充电电池包括正极、负极和电解液，其中正极采用上述正极材料负载于导电基底，负极和电解液与传统水系电池相同。本发明能够通过氧还原催化剂催化氧气还原，使放电后的正极活性材料短时间被氧气氧化，恢复其充电状态，从而将化学能转化为电能储存，实现快速化学自充电过程。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体地说，是涉及一种用于化学自充电电池的正极材料及其制备方法，和采用该正极材料的化学自充电电池。

背景技术

目前，可充电电池被广泛应用于电力设备和电网等大规模储能系统中。通常商业化电池使用电网充电，然而在偏远地区或恶劣环境下，由于电网建设有限，导致电池无法及时充电，这限制了商业化电池的实际应用。为解决这个问题，研究人员将各种能量转换装置(如摩擦纳米发电机和热电器件、光伏器件、压电纳米发电机等)与电池、电容器等能量储存装置集成到自供电电源系统中，将能量收集于储能装置中，实现可持续的能量供应。然而，这些体系高度依赖于机械能、太阳能和热能等资源，但此类资源具有高度的环境依赖性或在特定时间段内不可获得。此外，相比传统电池的结构，这些集成自供电电源系统通常较为复杂，并且需要许多额外的组成部分(例如，光电极或温度敏感的氧化还原电对)，成本较高。因此，集能量转换与储存一体，结构简单且适用于各种环境的自充电电池受到广泛关注。

相比而言，氧气大量存在于周围环境中，取之不尽用之不竭，储存在氧气分子中的化学能可以通过氧化还原反应转化为电能。目前，研究人员通过使用氧气氧化正极材料，开发了集能量转换与储能一体的化学自充电电池。当电池放电时，正极被还原，正极放电产物可以被空气中的氧气氧化，从而实现电池的充电。但目前基于氧气的化学自充电电池受限于氧气的还原动力学慢、氧化能力弱的特点，其自充电速度较慢，且不能将正极材料氧化至充电状态，在实际应用过程中受到了一定限制。

发明内容

本发明旨在解决目前基于氧气的化学自充电电池充电时间长、充电电压低的技术问题，提供了一种用于化学自充电电池的正极材料及其制备方法，和快速化学自充电电池，将氧还原催化剂与正极活性材料混合或复合得到正极材料并应用于化学自充电电池，氧还原催化剂可以提升氧还原反应动力学，增强氧气的氧化能力，从而提高氧气与正极活性材料之间氧化还原反应的速率，进而实现化学自充电电池在短时间内快速自充电。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

根据本发明的一个方面，提供了一种用于化学自充电电池的正极材料，该正极材料由正极活性材料与氧还原催化剂混合或复合得到，所述正极活性材料为具有氧化还原活性的电极材料；所述正极活性材料与所述氧还原催化剂的质量比为1:1-3:1。

进一步地，所述正极活性材料包括但不限于有机化合物、无机化合物或者有机化合物与无机化合物的复合物与混合物。

更进一步地，所述有机化合物包括但不限于导电聚合物、羰基化合物、亚胺化合物、有机硫化物。

更进一步地，所述无机化合物包括但不限于金属氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝类似物。

进一步地，所述氧还原催化剂包括但不限于铂碳催化剂、铂-金属合金催化剂、非铂基金属催化剂、金属氧化物催化剂、杂原子掺杂碳材料催化剂。

进一步地，所述复合为喷涂，研磨混合，包覆复合，化学沉积，电沉积中的一种。

根据本发明的另一个方面，提供了一种上述用于化学自充电电池的正极材料的制备方法，将所述正极活性材料与所述催化剂按1:1-3:1的质量比混合或复合后得到。