[发明专利]锌空气电池阴极催化剂的固定化方法

说明书

本发明涉及一种锌空气电池阴极催化剂的固定化方法，采用水热技术将石墨烯基空气电池阴极催化剂固定化在阴极材料碳布上，其中的石墨烯基空气电池阴极催化剂为石墨烯负载金属酞菁杂化材料，获得步骤为：将磺酸化氧化石墨烯与N,N‑二甲基甲酰胺超声分散制备为A液；在A液中加入金属酞菁继续超声得到二者混合物；将二者混合物移入反应釜反应后，冷却。本发明使用负载量大、吸附性强、价廉碳布作为载体,采用水热技术将制备的阴极催化剂固定化在阴极材料碳布上,简化了催化剂分离回收的技术，不仅实现了催化剂的固定化，又保持了粉末催化剂的高活性，对催化剂稳定性测试和循环使用具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及新能源电池技术领域，具体涉及一种锌空气电池阴极催化剂的固定化方法。

背景技术

锌-空气电池由于反应活性物质成本低，阴极活性材料（氧气）通过注入空气的方式能持续供应，理论比能量密度高，成为目前最具竞争力的动力电池系统。近年来，国内一些新能源科技有限公司在空气动力电池的研发和产业化应用方面开展了广泛的研究，虽然前期研究取得了一些突破，但在提高电池综合性能方面仍有很多难题需要攻克。其中，氧电极反应动力学缓慢等问题，成为制约锌-空气电池商业化应用的关键因素。因此，要彻底解决空气阴极存在的问题，开发新型阴极反应催化剂并提高催化剂的稳定性成为改善空气电池综合性能的重要途径。

目前一直被认为有高的活性和选择性的铂系催化剂由于其高的成本和有限的资源限制了这类催化剂的发展。因此，开发高性价比的氧阴极双功能催化剂并提高催化剂的循环稳定性成为提高电池性能的关键。另外，催化剂在实际使用时，悬浮于液态电解质中，悬浮态催化剂由于其具有难回收、活性组分损失大、在水中易凝聚等特点, 严重的限制了这一技术的应用和发展, 因此阴极催化剂的固定化技术成为人们关注的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种锌空气电池阴极催化剂的固定化方法，简化了粉末状催化剂分离回收工艺过程，适合进行大量的合成。

本发明所采用的技术方案为：

锌空气电池阴极催化剂的固定化方法，其特征在于：

采用水热技术将石墨烯基空气电池阴极催化剂固定化在阴极材料碳布上。

石墨烯基空气电池阴极催化剂为石墨烯负载金属酞菁杂化材料，获得步骤为：

将磺酸化氧化石墨烯与N,N-二甲基甲酰胺超声分散1-4h制备为A液；

在A液中加入金属酞菁继续超声1-4h，得到二者混合物；

将二者混合物移入反应釜在140℃-200℃烘箱中反应10-16h后，冷却。

磺酸化氧化石墨烯在N,N-二甲基甲酰胺中分散浓度为0.8-1.5mg/mL，磺酸化氧化石墨烯和金属酞菁的质量百分比为20%-30%。

阴极材料碳布为经过酸处理的导电碳布。

固定过程为：

将石墨烯负载金属酞菁杂化材料转移入反应釜中，加入阴极材料碳布，超声分散0.5-2h，在140℃-200℃烘箱中反应10-16h，反应结束后洗涤，真空干燥。

本发明具有以下优点：

本发明与现有技术相比，使用负载量大、吸附性强、价廉碳布作为载体, 采用水热技术将制备的阴极催化剂固定化在阴极材料碳布上。该发明中材料价廉易得、固定化方法简单、催化剂固定化效果好、电性能测试方便，不存在后处理问题, 简化了催化剂分离回收的技术。这种方法不仅实现了催化剂的固定化, 又保持了粉末催化剂的高活性，对催化剂稳定性测试和循环使用具有重要的意义。

本发明空气电池阴极催化剂的固定化方法简单，且对设备要求及实验条件要求较低，易操作，适合进行大量的合成；