【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池，具体涉及一种碱性铝空气电池的正极材料-锰基催化剂的制备方法。
技术介绍
1、铝金属是地球上储量最丰富的金属，而铝空气电池则是一种新型的能源电池，它是以铝为负极，空气电极为正极，通过消耗铝和空气中的氧气来产生电能。铝空气电池作为一种高能量密度的金属空气电池其具有成本低、安全性好、不会燃烧爆炸、无环境污染等特点，是新型储能装置的研究热点之一。氧还原反应是铝空气电池空气电极上的核心反应。不可避免的铝空气电池与其它金属空气电池一样，氧还原过程存在着反应动力学缓慢、过电位高、反应机理复杂等问题，是阻碍铝空气电池发展的主要因素之一。而解决这个问题的方法之一便是开发高效的催化剂。
2、有效的氧还原催化剂的开发能够大幅的提升氧还原反应速率，增大反应电流密度，提高铝空气电池的整体性能。目前已知的具有良好的orr催化活性的催化剂是pt/c催化剂，但pt/c催化剂成本高不利于大规模推广。因此研发一种低成本、高性能、易于制备的催化剂才能有效推广铝空气电池。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种碱性铝空气电池的正极材料-锰基催化剂的制备方法，促进碱性铝空气电池正极的氧还原过程，加快其氧还原反应过程的速率，提高铝空气电池的整体性能。
2、为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种碱性铝空气电池正极材料-锰基催化剂的制备方法，包括以下步骤：
3、(1)甲基纤维素气凝胶的制备：将甲基纤维素多次少量缓慢的倒于水中，搅拌均匀，凝胶化后放入冰
4、(2)g-c3n4的制备：称取三聚氰胺倒入瓷舟中，将瓷舟放入管式炉中热处理，经热处理后冷却至室温，将瓷舟中的产物转入研钵中，研磨均匀后得g-c3n4；
5、(3)锰基催化剂的制备：将制备好的甲基纤维素气凝胶平铺于瓷舟底部，然后将g-c3n4、二氧化锰、导电炭黑研磨混合均匀，平铺于甲基纤维素气凝胶上，再放入管式炉中进行热处理；
6、(4)将热处理好的催化剂进行研磨，得到锰基催化剂。
7、可选地，所述步骤(1)中，凝胶化时间为1天，预冷冻时间为3天，干燥时间为2天。
8、可选地，所述步骤(2)中，管式炉中热处理条件为：以5℃/min的升温速率升至550℃再恒温4h。
9、优选地，所述步骤(3)中，甲基纤维素气凝胶：g-c3n4：二氧化锰：导电炭黑的质量比为2：2：1：1。
10、可选地，所述步骤(3)中，管式炉中热处理条件为：管式炉以5℃/min的升温速率升至800℃再恒温2h。
11、可选地，所述步骤(3)中，管式炉在热处理过程中需要持续通入氩气。
12、可选地，所述步骤(1)中，将得到的甲基纤维素气凝胶裁剪为0.2g重的薄片。
13、由上，本专利技术解决了现有技术中碱性铝空气电池因氧还原反应(orr)动力学缓慢、过电位高以及依赖昂贵贵金属催化剂(如pt/c)而难以大规模推广的技术难题。具体通过以下技术措施实现突破：(1)低成本锰基催化剂设计：采用二氧化锰、g-c3n4、导电炭黑和甲基纤维素气凝胶复合体系。甲基纤维素气凝胶的高比表面积和孔隙结构为mn原子嵌入氮掺杂碳骨架提供了载体，形成高活性mn-nx位点，显著提升orr催化活性。(2)制备工艺优化：通过分步热解工艺(如550℃合成g-c3n4、800℃氩气氛围下热处理复合物)，实现了催化剂结构与成分的精准调控，同时简化了制备流程，降低成本。
14、一种碱性铝空气电池，包括全电池、碱性电解液与蠕动泵，所述全电池包括电池夹具、所述电池夹具包括密封橡胶垫片、反应仓、电池模板，所述反应仓由进液管、反应腔和出液管组成一个整体；所述密封橡胶垫片贴合于反应仓两侧，通过将铝片和正极膜贴合于密封橡胶垫片上，合上电池模板，完成一个全电池组装；
15、所述碱性电解液储存于电解液储存罐内，通过循环管与蠕动泵连接；
16、所述循环管与进液管以及出液管连通；
17、所述正极膜从下至上依次由防水透气膜、镍网、防水透气膜和催化层组成，其中，所述催化层采用前述的制备方法制备的锰基催化剂。
18、可选地，所述碱性电解液为4mol·l-1的naoh溶液。
19、可选地，所述正极膜的制备包括以下步骤：
20、(1)按锰基催化剂：导电炭黑：活性炭：聚四氟乙烯乳液＝2：1：4：3的质量比称取对应物质，先将锰基催化剂、导电炭黑与活性炭在研钵中研磨均匀，再添加干物质重量差不多的无水乙醇分散均匀，然后滴入聚四氟乙烯乳液，用研磨棒研磨，得到一个表面光滑的面团状催化剂料；
21、(2)将面团状催化剂料压成0.1-0.15mm的薄膜，晾干即成催化层；
22、(3)将防水透气膜、镍网、防水透气膜和催化层从下至上依次叠放，用对辊机压成0.3mm的正极膜；
23、(4)将正极膜置于无氧环境下300℃高温处理1-3h，即得。
24、本专利技术相较于现有技术至少具有以下优点：
25、(1)铝金属是地球上储量最丰富的金属资源，锰也是较为丰富的金属资源，因此其原料成本相对较低。使得碱性铝空气电池在成本和资源上占据一定的优势。本专利技术以储量丰富的锰替代贵金属铂，结合廉价甲基纤维素气凝胶，大幅降低原料成本，适合工业化生产。
26、(2)本专利技术的锰基催化剂因甲基纤维素气凝胶具有高比表面积和良好的孔隙结构，高温下能够使mn原子嵌入氮掺杂的碳骨架中，形成mn-nx高活性位点，能够有效的促进碱性铝空气电池正极的氧还原反应过程。orr催化效率接近贵金属催化剂，突破传统非贵金属催化剂的性能瓶颈。
27、(3)本专利技术工艺简单且可扩展，制备步骤简洁(如冷冻干燥、管式炉热处理)，无需复杂设备或苛刻条件，易于规模化应用，具有一定的商业前景。
28、(4)综合电池性能优越：催化层与电池结构的优化设计，使电池兼具高能量密度、稳定放电能力和长循环寿命，推动铝空气电池实用化进程。
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1.一种碱性铝空气电池正极材料-锰基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的碱性铝空气电池正极材料-锰基催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)包括将甲基纤维素多次少量缓慢的倒于水中，搅拌均匀，凝胶化后放入冰箱预冷冻，预冷冻完成后进行冷冻干燥处理，得甲基纤维素气凝胶，凝胶化时间为1天，预冷冻时间为3天，干燥时间为2天。
3.根据权利要求1所述的碱性铝空气电池正极材料-锰基催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)包括:称取三聚氰胺倒入瓷舟中，将瓷舟放入管式炉中热处理，经热处理后冷却至室温，将瓷舟中的产物转入研钵中，研磨均匀后得g-C3N4，管式炉中热处理条件为：以5℃/min的升温速率升至550℃再恒温4h。
4.根据权利要求1所述的碱性铝空气电池正极材料-锰基催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，甲基纤维素气凝胶：g-C3N4：二氧化锰：导电炭黑的质量比为2：2：1：1。
5.根据权利要求1所述的碱性铝空气电池正极材料-锰基催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，管式炉中热处理
6.根据权利要求5所述的碱性铝空气电池正极材料-锰基催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，管式炉在热处理过程中需要持续通入氩气。
7.根据权利要求1所述的碱性铝空气电池正极材料-锰基催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，将得到的甲基纤维素气凝胶裁剪为0.2g重的薄片。
8.一种碱性铝空气电池，包括全电池、碱性电解液与蠕动泵，其特征在于，所述全电池包括电池夹具、所述电池夹具包括密封橡胶垫片、反应仓、电池模板，所述反应仓由进液管、反应腔和出液管组成一个整体；所述密封橡胶垫片贴合于反应仓两侧，通过将铝片和正极膜贴合于密封橡胶垫片上，合上电池模板，完成一个全电池组装；
9.根据权利要求8所述的碱性铝空气电池，其特征在于，所述碱性电解液为4mol·L-1的NaOH溶液。
10.根据权利要求8所述的碱性铝空气电池，其特征在于，所述正极膜的制备包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种碱性铝空气电池正极材料-锰基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的碱性铝空气电池正极材料-锰基催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)包括将甲基纤维素多次少量缓慢的倒于水中，搅拌均匀，凝胶化后放入冰箱预冷冻，预冷冻完成后进行冷冻干燥处理，得甲基纤维素气凝胶，凝胶化时间为1天，预冷冻时间为3天，干燥时间为2天。
3.根据权利要求1所述的碱性铝空气电池正极材料-锰基催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)包括:称取三聚氰胺倒入瓷舟中，将瓷舟放入管式炉中热处理，经热处理后冷却至室温，将瓷舟中的产物转入研钵中，研磨均匀后得g-c3n4，管式炉中热处理条件为：以5℃/min的升温速率升至550℃再恒温4h。
4.根据权利要求1所述的碱性铝空气电池正极材料-锰基催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，甲基纤维素气凝胶：g-c3n4：二氧化锰：导电炭黑的质量比为2：2：1：1。
5.根据权利要求1所述的碱性铝空气电池正极材料-锰基催化剂的制备方...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭雷，苏安康，涂权乙，赵培仪，杜世杰，强玉杰，
申请(专利权)人：铜仁学院，
类型：发明
国别省市：
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