[发明专利]采用纳米MnO2催化剂的气体扩散电极

说明书

技术领域

本发明涉及化学电源技术领域，特别涉及一种采用纳米MnO₂催化剂的气体扩散电极。 

背景技术

金属空气电池由于其比能量大、可靠性高、对环境无污染、使用安全等特点，近年来日益受到重视，但作为电池的正极，空气电极反应历程复杂、交换电流密度低、氧气还原困难成为整个电池反应的主要障碍；因此提高空气电极的性能一直是相关研究的重中之重。 

目前，氧电极催化剂的研究主要集中在贵金属及合金催化剂、过渡金属复合氧化物以及一些过渡金属大环化合物方面，对氧电极碳载体材料的结构和性能研究较少。而相关研究表明，氧电极性能除与催化剂的固有活性相关外，还与其在氧电极催化层上的负载量关联较大。 

对各种催化剂进行比较分析发现，与Pt、Ag及Pt合金等贵重金属催化剂以及焦绿石型氧化物、钙钛矿型氧化物和尖晶石型氧化物等金属氧化物催化剂相比，传统的MnO₂催化剂由于具有较好的催化氧还原和过氧化氢分解的活性，以及价格低廉、丰富易得等优势依旧是空气电极催化剂的研究热点。对于同种类催化剂而言，粒径越小、分散性越好，其催化活性和利用率就越高，因此，随着纳米技术的发展，人们开始采用纳米MnO₂作为催化剂，其具有很高的催化活性，然而由于其导电性能差，因纳米效应的存在易团聚，本身颗粒小又容易从催化层上脱落，从而影响电极性能。 

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有作为气体扩散电极催化剂的纳米MnO₂，易团聚、又容易从催化层上脱落，从而影响电极性能等不足而提供一种采用纳米MnO₂催化剂的气体扩散电极，该电极具有良好的电化学性能和导电性能，且其中的纳米MnO₂催化剂能很好的固定在气体扩散电极催化层的载体上，充分发挥其良好催化活性。 

本发明的目的通过下述技术方案来实现： 

本发明涉及的采用纳米MnO₂催化剂的气体扩散电极，包括集流体和压覆在该集流体两侧的防水层、催化层，所述催化层中采用的催化剂为碳载纳米MnO₂催化剂。

优选的，所述碳载纳米MnO₂催化剂包括纳米碳管载纳米MnO₂催化剂。 

优选的，所述纳米碳管载纳米MnO₂催化剂是通过以下步骤制备而得： 

步骤一，将纳米碳管在MnCl2.4H2O乙醇溶液中真空浸渍15h～20h后加入KOH溶液碱化，生成胶状物；

步骤二，将步骤一中得到的胶状物洗涤、烘干，在350℃～400℃下氧化2h～5h，即得纳米碳管载纳米MnO₂催化剂。

优选的， 所述步骤二中的洗涤采用蒸馏水。 

优选的，所述碳载纳米MnO₂催化剂还包括活性碳载纳米MnO₂催化剂。 

优选的，所述活性碳载纳米MnO₂催化剂与所述纳米碳管载纳米MnO₂催化剂的重量比为（1～3）︰1。 

优选的，所述活性碳载纳米MnO₂催化剂是通过以下步骤制备而得： 

步骤一，将活性碳进行高温预处理；

步骤二，将步骤一中处理后的活性碳用无水乙醇分散开，将MnSO4饱和溶液中逐滴滴入，然后在真空下浸渍1h～3h，再加入KOH溶液碱化，生成胶状物；

步骤三，将步骤二中得到的胶状物洗涤、烘干，在300℃～380℃氧化2h～5h，即得活性碳载纳米MnO₂催化剂。

优选的，所述步骤一中的高温预处理为在180℃～220℃下空气氧化2h～5h。 

优选的，所述步骤三中的洗涤为采用蒸馏水。 

与现有技术相比，本发明的有益效果在于： 

1、将作为催化剂的纳米MnO₂固定在导电性能良好的活性碳和纳米碳管上，克服了纳米MnO₂导电性较差、颗粒易团聚易脱落的缺点，提高了碳载纳米MnO₂催化剂的稳定性和催化性能。