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CN111992733A - 一种铝空气电池用银纳米催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种铝空气电池用银纳米催化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及铝空气电池技术领域，尤其涉及一种铝空气电池用银纳米催化剂及其制备方法，所述铝空气电池用银纳米催化剂由银源与保护剂、络合剂湿法混合后，经还原剂还原，然后加入碳粉混合后制得。本发明的铝空气电池用银纳米催化剂通过保护剂和络合剂的作用，减缓银离子的还原速度，有效的减小纳米银的粒径，制备出粒径小且均匀纳米银溶体；制备方法简单，对设备无特殊要求，易于产业化。

Description

一种铝空气电池用银纳米催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝空气电池技术领域，尤其涉及一种铝空气电池用银纳米催化剂及其制备方法。
背景技术
铝空气电池是以空气中的氧气为阴极活性物质，金属铝为阳极活性物质，与无机电解质组成的一种新型电池，其理论比能量高达8135Wh/kg，实际比能量可达900Wh/kg；其还具有容量大、寿命长、使用安全和环境友好等优点；因此自其诞生以来就受到了研究人员的广泛关注，被称为“面向21世纪的绿色能源”。
目前，铝空气电池的研究重点主要集中在电池正极的催化层，其中催化剂的高效性和稳定性近年来受到了广泛的关注。现有的铝空气电池的电池正极的催化层存在催化剂分散性不均、导致铝空气电池性能下降的问题。
发明内容
本发明为了克服传统铝空气电池的电池正极的催化层中催化剂分散性不均、导致铝空气电池性能下降的问题，提供了一种粒径小且均匀的铝空气电池用银纳米催化剂。
本发明还提供了一种铝空气电池用银纳米催化剂的制备方法，操作简单，对设备无特殊要求，易于产业化。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种铝空气电池用银纳米催化剂，所述铝空气电池用银纳米催化剂由银源与保护剂、络合剂湿法混合后，经还原剂还原，然后加入碳粉混合后制得。
本发明通过银离子与络合剂的络合作用，减缓银离子的还原速度，有效的减小纳米银的粒径，制备出粒径小且均匀纳米银溶体。保护剂的作用是稳定纳米银胶粒，防止其团聚；碳粉的作用是使纳米银高度分散，制得较高活性催化剂。
作为优选，所述银源为硝酸银。
作为优选，所述保护剂选自可溶性淀粉，TX-10乳化剂，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的一种或几种混合。
作为优选，所述络合剂选自尿素和氨水中的一种或两种混合。
作为优选，所述还原剂选自水合肼，乙醛、乙醇中的一种或几种混合。
作为优选，所述碳粉为卡博特碳粉。
一种铝空气电池用银纳米催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将保护剂和络合剂加入到去离子水中，加热并搅拌均匀，得混合液；
(2)在混合液中加入还原剂，搅拌均匀后，逐滴加入银源，搅拌后得纳米银溶体；
(3)将纳米银溶体与碳粉混合均匀后，加热，将水蒸发完全，即得铝空气电池用纳米银催化剂。
作为优选，步骤(1)中，所述混合液中，所述保护剂的浓度为0.01～0.05M，所述络合剂的浓度为0.1～0.5M；加热温度控制在60～80℃。
作为优选，步骤(2)中，所述还原剂与银源的物质的量比为1:(2～2.5)，更优选为1：2。
作为优选，步骤(3)中，所述碳粉在纳米银溶体中的添加量为4～5mg/mL，更优选为5mg/mL。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的铝空气电池用银纳米催化剂通过保护剂和络合剂的作用，减缓银离子的还原速度，有效的减小纳米银的粒径，制备出粒径小且均匀纳米银溶体；
(2)制备方法简单，对设备无特殊要求，易于产业化。
附图说明
图1是实施例1制得的纳米银溶体的实物图。
图2是实施例1制得的铝空气电池用银纳米催化剂的SEM图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
在本发明中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
(1)配制所需溶液：
可溶性淀粉0.03M、尿素0.3M、水合肼0.2M、硝酸银0.4M；
(2)量取500ml去离子水放入烧杯，并向烧杯中加入8ml可溶性淀粉，再加入3ml尿素溶液，之后将烧杯放入磁力搅拌油浴锅中搅拌并加热，将转速调至3000r/min且温度升至75℃；
(3)待温度稳定后向烧杯中加入4ml水合肼溶液，待搅拌8min后逐滴加入6ml硝酸银水溶液，搅拌8min，即可得到如图1所示的亮黄色的纳米银溶体；
(4)将所制得的纳米银溶体与2.5g卡博特碳粉在高速剪切搅拌机下混合，将水蒸发完全后所得粉体即为如图2所示，粒径为20nm左右的铝空气电池用纳米银催化剂。
实施例2
(1)将PVP和尿素加入到去离子水中，加热并搅拌均匀，得混合液；混合液中，各组分浓度为PVP 0.01M、尿素0.5M，加热温度控制在60℃；
(2)在混合液中加入0.1M的乙醇溶液，搅拌均匀后，逐滴加入0.1M的硝酸银水溶液，搅拌后得纳米银溶体；乙醇与硝酸银的物质的量比为1:2；
(3)将纳米银溶体与卡博特碳粉混合均匀后，加热，将水蒸发完全，即得铝空气电池用纳米银催化剂，卡博特碳粉在纳米银溶体中的添加量为5mg/mL。
实施例3
(1)将PVP和氨水加入到去离子水中，加热并搅拌均匀，得混合液；混合液中，各组分浓度为PVP 0.05M、氨水0.1M，加热温度控制在80℃；
(2)在混合液中加入0.5M的水合肼，搅拌均匀后，逐滴加入0.5M的硝酸银水溶液，搅拌后得纳米银溶体；水合肼与硝酸银的物质的量比为1:2；
(3)将纳米银溶体与卡博特碳粉混合均匀后，加热，将水蒸发完全，即得铝空气电池用纳米银催化剂，卡博特碳粉在纳米银溶体中的添加量为4.5mg/mL。
实施例4
(1)将TX-10乳化剂和氨水加入到去离子水中，加热并搅拌均匀，得混合液；混合液中，各组分浓度为TX-10乳化剂0.02M、氨水0.2M；加热温度控制在65℃；
(2)在混合液中加入0.4M的乙醛，搅拌均匀后，逐滴加入0.35M的硝酸银水溶液，搅拌后得纳米银溶体；乙醛与硝酸银的物质的量比为1:2.5；
(3)将纳米银溶体与卡博特碳粉混合均匀后，加热，将水蒸发完全，即得铝空气电池用纳米银催化剂，卡博特碳粉在纳米银溶体中的添加量为4mg/mL。
分别将实施例1-4的纳米银催化剂应用于铝空气电池中：采用纳米银催化剂制备成氧电极，将其组装成电池，并对得到的铝空气电池的性能作检测，结果如表1所示：
表1.检测结果
Figure BDA0002621205690000031
由表1可以看出，本发明的纳米银催化剂可有效提高铝空气电池的大电流密度放电性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种铝空气电池用银纳米催化剂，其特征在于，所述铝空气电池用银纳米催化剂由银源与保护剂、络合剂湿法混合后，经还原剂还原，然后加入碳粉混合后制得。
2.根据权利要求1所述的一种铝空气电池用银纳米催化剂，其特征在于，所述银源为硝酸银。
3.根据权利要求1所述的一种铝空气电池用银纳米催化剂，其特征在于，所述保护剂选自可溶性淀粉，TX-10乳化剂，聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种混合。
4.根据权利要求1所述的一种铝空气电池用银纳米催化剂，其特征在于，所述络合剂选自尿素和氨水中的一种或两种混合。
5.根据权利要求1所述的一种铝空气电池用银纳米催化剂，其特征在于，所述还原剂选自水合肼，乙醛和乙醇中的一种或几种混合。
6.根据权利要求1所述的一种铝空气电池用银纳米催化剂，其特征在于，所述碳粉为卡博特碳粉。
7.一种如权利要求1-6任一所述的铝空气电池用银纳米催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将保护剂和络合剂加入到去离子水中，加热并搅拌均匀，得混合液；
(2)在混合液中加入还原剂，搅拌均匀后，逐滴加入银源，搅拌后得纳米银溶体；
(3)将纳米银溶体与碳粉混合均匀后，加热，将水蒸发完全，即得铝空气电池用纳米银催化剂。
8.根据权利要求7所述的铝空气电池用银纳米催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混合液中，所述保护剂的浓度为0.01～0.05M，所述络合剂的浓度为0.1～0.5M；加热温度控制在60～80℃。
9.根据权利要求7所述的铝空气电池用银纳米催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述还原剂与银源的物质的量比为1:(2～2.5)。
10.根据权利要求7所述的铝空气电池用银纳米催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述碳粉在纳米银溶体中的添加量为4～5mg/mL。
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