[发明专利]锌空气电池的空气电极催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学电源技术领域，特别涉及一种锌空气电池的空气电极催化剂及其制备方法。

背景技术

在锌空电池中，提高空气电极的催化性能 、寻找廉价高效的催化剂是锌空电池研究的热点。目前用作空气电极的催化剂主要有传统的活性炭、电解MnO₂等，贵金属及其合金，如Pt、Ag及Pt合金等，以及一些金属氧化物，如焦绿石型氧化物、钙钛矿型氧化物和尖晶石型氧化物等。其中传统采用的活性炭、电解MnO₂等催化剂的催化活性较低，使氧气在电化学界面上的反应速度较慢，从而限制了锌空气电池的放电电流密度，使其只能应用于 小功率设备；贵金属及其合金，如Pt、Ag及Pt合金等催化剂较活性炭、电解MnO₂等催化剂的催化活性有所提高，但是贵金属价格昂贵，且以其作为催化剂电池的放电电流密度仍然满足不了家用电子设备的使用要求，因而也得不到大规模的应用；焦绿石型氧化物、钙钛矿型氧化物和尖晶石型氧化物等催化剂具有催化活性高、导电性高等优点，是非常有前景的新型空气电极催化剂体系，其中的过渡金属尖晶石型氧化物尤其因其优良的导电性和电催化活性而备受关注。中国专利01104488.4公开了一种锌空气电池空气电极的催化剂，其化学结构式为LiMn_2-xCo_xO₄,其中x=0～0.5摩尔比，用该材料作催化剂的锌空气电池的放电电流密度较以电解MnO₂为催化剂的锌空气电池的放电电流密度有了大幅提高，其最佳放电电流密度可达150mA/㎝²以上；中国专利200510032676.x公开了一种锌空气电池电催化剂的制备方法，采用溶液法合成LiMn_2-xCo_xO₄金属氧化物，以该方法制备的催化剂组装的锌空气电池在-0.6V极化电位下的最佳极化电流密度可高达258 mA/㎝²；中国专利200710028839.6公开了一种锌空气电池的电催化剂及其制备方法，该电催化剂的通式为LiNi_xCo_yFe_zMn_2-x-y-zO₄，是以Mn、Ni、Fe、Co等过渡金属的盐类为基料，采用溶胶凝胶法制备而得的，使用该方法的热处理温度较低、热处理时间较短，反应过程和溶胶凝胶的微观结构都易于控制，副反应较少，产物的转化率较高。然而，上述技术仍存在以下问题：

  1、Co材料的价格高，从而使其材料商业化的成本也较高；

2、在碱性电解质中，金属Co元素的化学稳定性较差，从而影响了电池的使用寿命。 

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有锌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、化学稳定性好的锌空气电池的空气电极催化剂。

本发明的另一个目的是在于提供上述锌空气电池的空气电极催化剂的制备方法，该制备方法是采用草酸共沉淀法制备出具有尖晶石型晶态结构的Ni_xAl_1-xMn₂O₄。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

本发明锌空气电池的空气电极催化剂，其通式为Ni_xAl_1-xMn₂O₄，其中，0≤x≤1。

优选的，所述空气电极催化剂的通式为Ni_xAl_1-xMn₂O₄，其中，0≤x≤0.35。

上述锌空气电池的空气电极催化剂的制备方法，包括以下步骤：

第一步：按物质的摩尔比Ni：Al=x：1-x称取硝酸镍、硝酸铝的混合物和草酸铵，分别溶解在去离子水中；

第二步，将第一步配制的溶液同时均匀滴入不断搅拌的反应器中，使之混合反应直至反应完全，生成草酸盐沉淀，反应过程中控制PH=4.0～7.0；

第三步，将第二步制得的沉淀用去离子水洗涤、过滤、烘干，烘干后的沉淀粉末在硝酸锰中研磨均匀，在500℃下煅烧3h；

第四步，将第三步中煅烧得到的混合物压成片状，在950～1050℃煅烧4h 后再在500℃退火5h，冷却到室温即得锌空气电池的空气电极催化剂。