【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锌空气电池空气电极催化剂及其制备方法和应用，属于催化。
技术介绍
1、燃料电池作为一种新能源材料，具有能量密度高、能量转换高效、零排放等优点，成为未来能源发展的重要方向。锌空气电池作为一种特殊的燃料电池，使用金属锌作为负极电化学反应的活性物质，利用空气中的氧气作为正极电化学反应的活性物质，具有能量密度高、资源丰富，反应活性物质绿色无污染等优点，受到研究人员的密切关注。
2、放电过程中涉及的氧气还原反应（orr）是可充电锌空气电池的关键电化学过程。由于orr涉及到缓慢的多电子转移反应动力学过程，因此需要开发稳定且高效的氧还原反应电催化剂并用于可充电锌空气电池。目前通常选择铂基材料作为orr催化剂，但是铂基材料所制备的催化剂的orr催化活性不高，且成本高、稳定性差，极大地限制了其在可充电锌空气电池中的应用。
技术实现思路
1、本专利技术的第一个目的在于提供了一种锌空气电池空气电极催化剂的制备方法，解决现有锌空气电池空气电极的催化性能有待提高的问题。
2、本专利技术的第二个目的在于提供由上述制备方法制得的锌空气电池空气电极催化剂。
3、本专利技术的第三个目的在于提供了上述锌空气电池空气电极催化剂在锌空气电池中的应用，解决现有锌空气电池功率密度、比容量等电池性能以及循环稳定性有待提高的问题。
4、为实现上述第一个目的，本专利技术所采用的技术方案为：
5、一种锌空气电池空气电极催化剂的制备方法，包括以下步骤：将三聚
6、本专利技术属于开拓型专利技术，主要采用 sp3杂化c和n富集的三聚氰胺甲醛树脂微球热解，在尿素活化下的协同作用下，衍生出的锌空气电池空气电极催化剂具有丰富的sp3缺陷和优化的氮掺杂构型，与20%pt/c催化剂相比，所制成的锌空气电池空气电极催化剂制备过程成品率高、质量稳定，具有分级多孔结构且c、n和o元素分布均匀。基于上述特殊结构的锌空气电池空气电极催化剂表现为i型和iv型混合n2吸附脱附等温线，bet比表面积为789m2g-1，平均孔径约为3.38 nm，有利于锌空气电池空气电极催化剂orr活性的提升。
7、该分级多孔结构暴露出更多的活性位点来增强电子转移和质量传递，orr催化实验表明，该催化剂的半波电位高至0.8780v、塔菲尔斜率低至72.45 mv dec-1，表现出高效的orr活性。
8、优选地，所述加热处理时间为1~3 h。
9、优选地，所述三聚氰胺甲醛树脂是将甲醛和三聚氰胺在水中进行预聚合，然后加入酸继续进行反应得到的。
10、优选地，每9~10g 37~40 wt%的甲醛溶液对应三聚氰胺的用量为2~3g，所述预聚合是在80~85℃聚合20~25 min；所述加入酸后的反应是在80~85℃反应40~50 min。
11、进一步优选地，所述酸以甲酸溶液形式加入，每9~10g 37~40 wt%的甲醛溶液对应水的用量为200~250ml，对应甲酸溶液的用量为0.3~0.5ml；所述甲酸溶液的浓度为22~24mol/l。
12、优选地，所述三聚氰胺甲醛树脂与尿素的质量比为1:3~3.2，所述加热处理的温度为950~960℃，时间为2~2.5h。
13、为实现上述第二个目的，本专利技术所采用的技术方案为：
14、一种由上述制备方法制得的锌空气电池空气电极催化剂。
15、该锌空气电池空气电极催化剂c、n和o元素分布均匀，具有分级多孔结构和高效的orr活性，且成品率高，质量稳定，可将其应用于锌空气电池。
16、为实现上述第三个目的，本专利技术所采用的技术方案为：
17、上述锌空气电池空气电极催化剂在锌空气电池中的应用。
18、通过将涂覆锌空气电池空气电极催化剂的碳纸作为空气阴极，锌作为阳极，和碱性电解液一起构建锌空气电池，发现所制成的锌空气电池与用20%pt/c催化剂所制成的锌空气电池相比，具有较高的功率密度（174.1 mw cm-2）和比容量（797ma h g·zn-1），表现出良好的电池性能。循环性能测试结果表明，在至少250小时（1500 次循环）的连续充放电测试中充放电电压几乎没有变化，表现出良好的循环稳定性。
19、优选地，所述锌空气电池的空气阴极包括所述空气电极催化剂和ruo2，空气电极催化剂、ruo2的质量比为（1~1.2）:（1~1.2）。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种锌空气电池空气电极催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将三聚氰胺甲醛树脂与尿素混合，然后于900~1000℃加热处理；所述三聚氰胺甲醛树脂和尿素的质量比为1：（2~4）。
2.如权利要求1所述的锌空气电池空气电极催化剂的制备方法，其特征在于：所述加热处理时间为1~3 h。
3.如权利要求1所述的锌空气电池空气电极催化剂的制备方法，其特征在于：所述三聚氰胺甲醛树脂是将甲醛和三聚氰胺在水中进行预聚合，然后加入酸继续进行反应得到的。
4.如权利要求3所述的锌空气电池空气电极催化剂的制备方法，其特征在于：每9~10g37~40 wt%的甲醛溶液对应三聚氰胺的用量为2~3g，所述预聚合是在80~85℃聚合20~25min；所述加入酸后的反应是在80~85℃反应40~50 min。
5.如权利要求4所述的锌空气电池空气电极催化剂的制备方法，其特征在于：所述酸以甲酸溶液形式加入，每9~10g 37~40 wt%的甲醛溶液对应水的用量为200~250mL，对应甲酸溶液的用量为0.3~0.5mL；所述甲酸溶液的浓度为22~24mol/
6.如权利要求1所述的锌空气电池空气电极催化剂的制备方法，其特征在于：所述三聚氰胺甲醛树脂与尿素的质量比为1:3~3.2，所述加热处理的温度为950~960℃，时间为2~2.5h。
7.一种由权利要求1~6中任一项所述的制备方法制得的锌空气电池空气电极催化剂。
8.如权利要求7所述的锌空气电池空气电极催化剂在锌空气电池中的应用。
9.如权利要求8所述的锌空气电池空气电极催化剂在锌空气电池中的应用，其特征在于：所述锌空气电池的空气阴极包括所述空气电极催化剂和RuO2，空气电极催化剂、RuO2的质量比为（1~1.2）:（1~1.2）。
...【技术特征摘要】
1.一种锌空气电池空气电极催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将三聚氰胺甲醛树脂与尿素混合，然后于900~1000℃加热处理；所述三聚氰胺甲醛树脂和尿素的质量比为1：（2~4）。
2.如权利要求1所述的锌空气电池空气电极催化剂的制备方法，其特征在于：所述加热处理时间为1~3 h。
3.如权利要求1所述的锌空气电池空气电极催化剂的制备方法，其特征在于：所述三聚氰胺甲醛树脂是将甲醛和三聚氰胺在水中进行预聚合，然后加入酸继续进行反应得到的。
4.如权利要求3所述的锌空气电池空气电极催化剂的制备方法，其特征在于：每9~10g37~40 wt%的甲醛溶液对应三聚氰胺的用量为2~3g，所述预聚合是在80~85℃聚合20~25min；所述加入酸后的反应是在80~85℃反应40~50 min。
5.如权利要求4所述的锌空气电池空气电极催化剂的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李云峰，闫春生，司文芳，朱永霞，张文潇，杨玉慧，李霞，
申请(专利权)人：河南省氟基新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。