[发明专利]一种分级多孔空气电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料领域，涉及一种电极的制备方法，具体涉及一种分级多孔空气电极的制备方法。

背景技术

金属-空气电池以负载有催化剂的空气电极为阴极，金属为阳极，具有高容量、对环境友好等特性，其理论能量密度高达11680Wh/kg，远高于传统锂离子电池的理论能量密度，几乎可与汽油的能量密度相媲美（13000Wh/kg）。如此高的能量密度可作为取代汽油的新型动力源，发展诸如混合电动车，甚至是纯电动车项目，从而解决因交通产生的能源短缺和环境污染等问题，因此在近年引起了工业和高校院所的极大兴趣和关注。

目前由于阴极氧气还原（ORR）和氧析出反应（OER）动力学缓慢，造成金属-空气电池充放电过电位高、循环效率低、倍率性能差、循环寿命短等问题，从而限制了其广泛的实际应用。尽管商业化的Pt/C等贵金属催化剂具有良好的催化性能，但由于其储量稀少、价格昂贵，再加上其长期循环稳定性较差等因素也制约了空气电池的进一步应用。另外，现有的空气电极制备过程中需加入碳导电剂和粘结剂如PVDF等，它们在电池循环过程中易受超氧根自由基的攻击而发生副反应，从而进一步影响金属-空气电池的性能。因此，发展无需导电剂和粘结剂的非贵金属催化剂对金属-空气电池来说十分迫切和重要。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种分级多孔空气电极的制备方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种分级多孔空气电极的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：

（a）在集流体的任一表面上自组装硬模板；

（b）在所述硬模板上沉积生长金属氧化物催化剂前驱体；

（c）将步骤（b）得到的器件进行煅烧除去所述硬模板即可。

优化地，步骤（a）中，对所述集流体表面进行处理使其带上正电或负电，随后浸入带相反电荷的硬模板乙醇溶液中，烘干干燥。

进一步地，步骤（a）中，烘干干燥后再将所述集流体浸入所述硬模板乙醇溶液中，烘干干燥，重复多次得集流体/硬模板基底。

进一步地，步骤（b）中，以所述集流体/硬模板基底为工作电极、Ag/AgCl为参比电极、Pt丝为对电极，将所述集流体/硬模板基底浸入电镀液中进行电化学沉积。

进一步地，所述步骤（c）中，将所述金属氧化物催化剂前驱体置于空气中在300~1000℃煅烧得NiCo₂O₄、CoFe₂O₄、Co₃O₄或LaNiO₃尖晶石或钙钛矿型金属氧化物。

优化地，所述硬模板为二氧化硅或聚苯乙烯球，其平均粒径为300~400nm。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明分级多孔空气电极的制备方法，通过先在集流体表面上自组装硬模板，随后以硬模板为模板进行沉积形成对应结构的金属氧化物催化剂，最后煅烧并除去硬模板即可；该方法简单、高效且成本低廉，而且形成的空气电极结构还具有如下多个优势：可提供更多的催化活性位点、开孔体系为反应物分子到达和离开催化剂活性位点提供了自由无限制通道、放电产物主要沉积在多孔结构的催化剂表面等，从而提高了空气电极的性能。

附图说明

附图1为本发明分级多孔空气电极的合成路线示意图；

附图2为本发明实施例1制得的分级多孔空气电极SEM图；

附图3为本发明实施例1制得的分级多孔空气电极电化学测试图。

具体实施方式

本发明分级多孔空气电极的制备方法，它包括以下步骤：（a）在集流体的任一表面上自组装硬模板；（b）在所述硬模板上沉积生长金属氧化物催化剂前驱体；（c）将步骤（b）得到的器件进行煅烧除去所述硬模板即可。该方法简单、高效且成本低廉，而且形成的空气电极结构还具有如下多个优势：可提供更多的催化活性位点、开孔体系为反应物分子到达和离开催化剂活性位点提供了自由无限制通道、放电产物主要沉积在多孔结构的催化剂表面等，从而提高了空气电极的性能。