[发明专利]锂空气电池阴极用双钙钛矿结构催化剂材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂空气电池领域，具体涉及一种阴极用双钙钛矿结构催化剂材料及其制备方法。 

背景技术

锂空气电池(Lithium Air Batteries；Liair Batteries)是利用金属锂作为负极活性物质，空气中的氧气作为正极活性物质的能量储存与转化装置。其理论能量密度高达11680Wh.kg^-1(Journal ofThe Electrochemical Society，143(1996)1-5)，与目前驱动汽车所使用的汽油的理论能量密度13000Wh·kg^-1相当。目前，汽油在汽车上使用的实际能量密度大约为1700Wh·kg^-1，因而锂空气电池的能量利用率只要达到14.5％即可与之相媲美。而参照目前比较成熟的金属空气电池，如锌空电池，其能量利用率一般可以达到4050％，因而有理由相信14.5％的能量利用率对于锂空气电池而言是可以达到的。因此，锂空气电池作为潜在的电动汽车的动力源近年来备受关注，国际学术界已经投入了大量的人力、物力和财力对其进行深入而广泛的研究。 

然而，目前锂空气电池仍然面临着容量低、能量转换效率低、倍率性能和循环寿命较差等问题。解决上述问题的方法之一是开发高效、稳定的阴极催化剂。目前，用于锂空气电池阴极催化剂的材料主要有：各种碳材料(包括商用碳材料，如SuperP；功能性碳材料，如石墨烯；以及导电聚合物，如聚吡咯等)、基于Pt、Au、Ag等的贵金属及合金催化剂和以Mn和Co为代表的过渡金属及其氧化物等。 

近年来，广泛用于固体氧化物燃料电池和碱性水系金属空气电池中的钙钛矿结构催化剂材料在锂空气电池(尤其是有机体系的锂空气电池)领域中的应用也逐渐引起了国际学术界的重视。钙钛矿结构主要分为单钙钛矿(其分子通式为ABO₃)、双钙钛矿(其分子通式为A₂B₂O₆)和层状钙钛矿结构(其分子通式一般为A₃B₂O₇)。其中，A一般为半径比较大的阳离子，B为半径比较小的阳离子，A位和B位都有很强的掺杂能力。目前应用于锂空气电池阴极的钙钛矿结构催化剂基本上都是单钙 

钛矿结构的材料，主要有：La_0.8Sr_0.2MnO₃(Journal of Solid State Electrochemistry，16(2012)14471452)、La_0.5Sr_0.5CoO_2.91(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，109(2012)9569-19574)、LaMn_0.6Fe_0.4O₃(Joumal of Power Sources，242(2013)216221)和La_0.75Sr_0.25MnO₃(Angewandte Chemie International Edition，52(2013)38873890)等。然而，双钙钛矿结构的催化剂用于锂空气电池阴极的研究至今尚未见报道。 

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种方法简单、重复性好的锂空气电池阴极用双钙钛矿结构催化剂材料及其制备方法。 

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种锂空气电池阴极用双钙钛矿结构催化剂材料，其特征在于，该材料的分子式为A_xA′_2-xCr_yMo_2-yO₆，其中A为Sr、Ca或Ba中的一种；A′为Sr、Ca、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu或Gd中的一种；1＜x＜2，0＜y＜2。 

一种锂空气电池阴极用双钙钛矿结构催化剂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按化学计量比称取A盐、A′盐、Cr盐和Mo盐溶于去离子水中；充分溶解后加入络合剂；然后蒸发浓缩得到凝胶；所得凝胶在空气气氛中干燥得到干凝胶；所得干凝胶研磨成粉末在空气气氛中经一步或多步高温焙烧得到固体粉末；所得粉末经压片成片胚后在还原气氛中焙烧制得双钙钛矿结构催化剂材料。