[发明专利]一种用于锂空气电池的Mn-Co/石墨烯催化剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明属电化学催化领域，尤其涉及一种用于锂空气电池的Mn-Co/石墨烯催化剂及制备方法。 

背景技术

锂空气电池具有容量大、比能量高、工作电压平稳、价格低廉和环境友好等优点，是一种具有巨大市场前景的化学电源。随着现代制造技术的发展，锂空气电池在便携式计算机、电子装置、遥控设备及军用通讯装置等领域将得到广泛应用。而目前开发适用于电动车辆动力电源的大功率电池是研究的重点和难点。 

空气电极是一种气体扩散电极，其一面与电解质接触，一面与空气中的氧气接触，在催化剂表面形成一种三相稳定的状态。在电池放电过程中，空气电极作为阴极，氧气沿电极表面扩散进入电极内部，在催化剂的作用下发生还原反应。 

空气电极是锂空气电池中主要组成部件，其性能的好坏决定了电池输出功率的大小。空气电极催化剂的催化活性在电池的使用中起着关键的作用，提高空气电极催化剂的催化活性，意味着在一定的工作电流密度下，以空气电极为正极的锂空气电池有更高的输出电位。因此，需要开发高性能的用于空气电极的催化剂，加快锂空气电池的推广应用。 

发明内容

本发明的目的是一种用于锂空气电池的Mn-Co/石墨烯催化剂及制备方法，该催化剂氧还原活性高，制备方便，价廉易得。 

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案： 

一种用于锂空气电池的Mn-Co/石墨烯催化剂，它的载体是石墨烯，活性组分是掺杂了氧化钴的Mn基氧化物。 

一种用于锂空气电池的Mn-Co/石墨烯催化剂，以石墨烯为载体，加入锰盐，再加入钴盐，在碱溶液环境下反应后，再经去离子水洗涤、去除杂质离子最终干燥而成；其中，主材料成份的重量百分比为：锰盐5～40%，钴盐0～30%，余量为石墨烯。 

所述锰盐为MnSO₄，Mn(NO₃)₂或者KMnO₄；所述钴盐为CoSO₄，Co(NO₃)₂或者CoCl₂。 

所述石墨烯的制备是：在0℃冰浴下，按每0.015～0.12g石墨粉分散到20～25ml浓硫酸中，搅拌下加入KMnO₄，所加KMnO₄的质量是石墨粉的3～4倍，搅拌30-60分钟，温度上升到30～35℃左右，加入46ml去离子水，搅拌20～30分钟，加入10ml质量浓度30%的H₂O₂，搅拌5～10分钟，经过离心分离，用质量浓度5%HCl溶液、去离子水和丙酮反复洗涤后得到氧化石墨烯。 

一种用于锂空气电池的Mn-Co/石墨烯催化剂，制备方法如下：首先将石墨烯浸没在氨水中，超声搅拌均匀后，按比例加入锰盐，再按比例加入钴盐，然后加入碱溶液调节pH值在8～14，继续超声搅拌2～10小时；反应完成后，用去离子水冼涤，去除杂质离子，然后放入鼓风干燥箱，60～150℃烘干，所述的碱溶液为NaOH或者KOH溶液。 

所述石墨烯和氨水的比值为1：5～1:500。 

本发明的优点是： 

l、本发明制备空气电极用催化剂所使用的材料，为价格低廉的金属盐类和氨水等，大大降低了生产成本； 

2、由于石墨烯纳米片具有极高的比表面积、超强的力学性能、优异的导电和导热等特点，有利于电化学电极反应和催化反应过程中的电子传递和电极的稳定性，增强复合材料的电化学性能。 

具体实施方式

实施例1 

将30g石墨烯浸没在氨水中，石墨烯与氨水的比值为1：5，超声搅拌均匀后，加入12.1gMnSO₄，加入7.9gCoCl₂，然后加入浓度为0.05M NaOH溶液调节pH值为8，继续超声搅拌4.5小时；反应完成后，用去离子水洗涤，去除杂质离子，然后放入鼓风干燥箱，100℃烘干。其中，主材料成分的重量百分比为：锰盐24.2%，钴盐15.8%，余量为石墨烯。 

实施例2