[发明专利]一种中性铝-空气电池正极材料的制备方法与应用

摘要

本发明公开了一种中性铝‑空气电池正极材料的制备方法，包括步骤：（1）氮掺杂碳纳米管的制备。（2）金属氧化物/碳纳米管复合物的制备。（3）聚吡咯修饰的金属氧化物/碳纳米管复合物的制备。（4）聚多巴胺修饰PPY/M‑O/N‑CNT复合物（PDA/PPY/M‑O/N‑CNT）的制备。（5）PDA/PPY/M‑O/N‑CNT高温热解。本发明通过对催化剂的活性位点进行有效保护，极大地提高了催化剂的稳定性；通过使用这种高稳定性的催化剂作为中性铝‑空气电池的正极材料，极大地提高电池的循环使用寿命；通过机械式更换负极铝片，实现电池的快速机械式充电的目的。该中性铝‑空气电池在实际中有很广泛的应用前景。

主权项

1.一种中性铝‑空气电池正极材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：（1）氮掺杂碳纳米管的制备；（2）将上述氮掺杂碳纳米管与金属盐水溶液混合，并搅拌，用0.5mol×L‑1的NaOH溶液调节混合溶液的pH值至8；随后将混合溶液加热至180oC并保持4h；冷却至室温后，过滤，所得颗粒用水洗至中性，50oC下真空干燥，得到金属氧化物/碳纳米管复合物（M‑O/N‑CNT）；所述氮掺杂碳纳米管与金属盐水溶液的质量:体积为500mg:120 mL;金属盐水溶液为浓度为0.01 mol×L‑1醋酸镍溶液与浓度为0.01 mol×L‑1醋酸钴溶液的混合溶液，醋酸镍溶液与醋酸钴溶液的体积比为1:(0.5~3)；（3）将金属氧化物/碳纳米管复合物（M‑O/N‑CNT）与十二烷基苯磺酸钠混合，加入少量无水乙醇，研磨，然后自然蒸发乙醇，加入水，充分搅拌，直至形成均匀的分散液；接着往该分散液中通入氮气，以赶走其中的氧气；然后0oC水浴，加入吡咯，搅拌均匀后，再逐滴加入浓度为20%（wt%）的三氯化铁溶液；最后在缓慢搅拌下充分反应，过滤，所得固体用水洗至中性；40oC下真空干燥h，得到PPY/M‑O/N‑CNT颗粒；（4）在浓度为0.1 mol× L‑1的PBS缓冲溶液中，加入上述PPY/M‑O/N‑CNT颗粒，将所得混合物超声分散后，加入浓度为1.5mg × mL‑1的多巴胺溶液，搅拌均匀，接着在搅拌下加入浓度为4.5mg × mL‑1的过硫酸铵溶液，之后再将所得混合物在室温下缓慢充分搅拌，过滤，水洗，40oC下真空干燥，得到聚多巴胺修饰PPY/M‑O/N‑CNT复合物，记为PDA/PPY/M‑O/N‑CNT；（5） 将上述PDA/PPY/M‑O/N‑CNT固体颗粒在氮气气氛下，以4 oC×min‑1的升温速度升温到800oC，并在此温度下保持一定时间后自然冷却到室温，得到中性铝‑空气电池的正极材料。