專利名稱：添加鉛氧化物的鋅空氣電池空氣電極催化劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化學(xué)領(lǐng)域一種添加鉛氧化物的鋅空氣電池空氣電極催化劑。
背景技術(shù)：
鋅空氣電池是以鋅為電池的負(fù)極活性物質(zhì)，以空氣中的氧氣為正極活性物質(zhì)的電池。由于空氣中的氧氣隨時可取，又不占用電池空間，因此在相同體積，相同重量下，鋅空氣電池可以儲存更多地反應(yīng)物質(zhì)，與傳統(tǒng)的其他電池相比，具有比能量高(理論上可達(dá)到1350Wh/kg)、容量大、放電性能穩(wěn)定、成本低和安全等特點(diǎn)，是一種具有巨大市場前景的化學(xué)電源。但是鋅空電池的空氣電極的放電電流密度偏低，不適用于大電流密度的放電，限制了它被廣泛應(yīng)用。因此廣大科技人員為提高鋅空氣電池的電流密度提出了多種方法，一種是使用貴金屬(Pt、Ag等)作為其空氣電極的催化劑，其缺點(diǎn)是催化劑價格昂貴，使電池成本太高；目前一般鋅空氣電池采用廉價的MnO2作空氣電極的催化劑，但其電流密度仍然較低，為了提高其電流密度，一種方法是從改進(jìn)工藝或制備方法上著手，如使用溶膠凝膠制備MnO2催化劑，雖然使MnO2性能有所提高，但工藝制備方法復(fù)雜，使制備成本提高；另一種方法是在MnO2中添加輔助物質(zhì)，如Co、.Li或稀土元素，其缺點(diǎn)仍是價格較貴，使電池成本很高。可參見對比文獻(xiàn)2001年9月12日，申請?zhí)枮?1107488.4，周震濤等人的發(fā)明專利“鋅空氣電池空氣電極的催化劑”。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是采用固相煅燒的方法通過在MnO2中添加鉛的氧化物的方法達(dá)到提高鋅空氣電池的空氣電極放電電流密度的目的。
金屬鉛及其化合物一般被人認(rèn)為是對催化劑有毒的物質(zhì)，避免在催化劑中使用。在本發(fā)明中鉛氧化物起著穩(wěn)定MnO2結(jié)構(gòu)的作用，通過加入適量的鉛的氧化物，使MnO2在催化過程中保持其有利的結(jié)構(gòu)與成分，從而提高了以MnO2為主要催化劑的空氣電極的放電電流密度。
本發(fā)明的鋅空氣電池空氣電極添加鉛氧化物的MnO2催化劑的制備方法如下首先取一定質(zhì)量的活性炭，用乙醇分散后加入一定質(zhì)量的硝酸錳溶液和醋酸鉛溶液，其質(zhì)量比為硝酸錳C＝7～8％；醋酸鉛C＝5～15％，將其攪拌均勻，加熱蒸去乙醇，烘干、研磨后放入坩堝中，在260～280℃溫度下煅燒1小時，待其降至室溫后研磨，制成碳載MnO2和鉛氧化物催化劑。
其次是使用本發(fā)明添加鉛氧化物的MnO2催化劑，用聚四氟乙烯乳液作粘結(jié)劑，在軋膜機(jī)上碾壓成0.1～0.2mm厚的催化膜，其中聚四氟乙烯重量為12％。按催化膜、導(dǎo)電鎳網(wǎng)、透氣防水膜的順序排列，在壓力機(jī)上壓制成空氣電極，使電極厚度為0.4～0.5mm。
然后采用恒電流測試法對用本發(fā)明的催化劑制成的空氣電極進(jìn)行測試，測量出的極化曲線見附圖1。附圖1中的曲線2代表不含鉛氧化物的MnO2為催化劑制成的空氣電極的極化曲線；附圖1中的曲線1代表含有鉛氧化物的MnO2催化劑制成的空氣電極的極化曲線；圖中橫坐標(biāo)為空氣電極的極化電流密度，單位為mA/cm2，縱坐標(biāo)為空氣電極在不同電流密度下極化后的電極電位[相對于Hg/HgO(7MKOH)參比電極]。
經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，通過比較相同電流密度時極化電極電位，考察含鉛量不同時空氣電極的性能，在不同配比中添加鉛氧化物的含量為8～9％時，空氣電極的性能最好。與不添加鉛氧化物的MnO2為催化劑的空氣電極相比較，當(dāng)電流密度為20～50mA/cm2時，可提高電位30～50mV，在150mA/cm2時，可提高118mV，從附圖1可看出電流密度為150mA/cm2時電極只極化560mV左右，優(yōu)于本文對比文獻(xiàn)中所提供的催化劑制成空氣電極的性能，即在1.0V(1000mV)極化電位下，電流密度約為150mA/cm2。
通過上述內(nèi)容說明，本發(fā)明具有制備工藝簡單，原料價格低的優(yōu)點(diǎn)；且用本發(fā)明的催化劑制備的空氣電極電化學(xué)性能優(yōu)良，完全可用在鋅空氣電池中。


圖1是使用本發(fā)明催化劑制成的空氣電極的極化曲線圖。
具體實(shí)施例方式
取一定質(zhì)量的活性炭，用少量乙醇分散，加入一定質(zhì)量的硝酸錳溶液(硝酸錳C＝8％)，再加入一定質(zhì)量的醋酸鉛溶液(醋酸鉛C＝8％)，攪拌均勻、加熱蒸去乙醇、烘干、研磨，再放入坩堝中，在270℃溫度下煅燒1小時，待其降至室溫，研磨，制成催化劑。
用上述催化劑，以聚四氟乙烯乳液為粘結(jié)劑，在軋膜機(jī)上碾壓成0.1～0.2mm厚的催化膜，(其中聚四氟乙烯質(zhì)量占12％)。按催化膜、導(dǎo)電鎳網(wǎng)、透氣防水膜的順序排列，在壓力機(jī)上壓制成空氣電極，使電極厚度為0.4～0.5mm。電極極化測試結(jié)果如附圖1中的曲線1所示。與不含鉛氧化物的曲線2相比在20～50mA/cm2時，可提高電極電位30～54mV；在150mA/cm2時可提高118mV。從附圖1中可見，從電流密度為0mA/cm2時電極電位為0伏左右，電流密度為150mA/cm2時，電極電位為-560mV左右，即電極電位極化了約560mV。電流密度可達(dá)到150mA/cm2，優(yōu)于對比文獻(xiàn)中電極電位極化1.0V(1000mV)電流密度約為150mA/cm2的性能。
本發(fā)明具有工藝簡單、成本低的優(yōu)點(diǎn)，且用該催化劑制備的鋅空氣電池中的空氣電極其電化學(xué)性能優(yōu)良。
權(quán)利要求
1.一種添加鉛氧化物的鋅空氣電池空氣電極催化劑，其特征在于用活性碳經(jīng)液相物質(zhì)分散后加入硝酸錳溶液和醋酸鉛溶液，采用固相煅燒的方法制成碳載MnO2和鉛氧化物的催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加鉛氧化物的鋅空氣電池空氣電極催化劑，其特征在于可通過下列方法制備取一定質(zhì)量的活性碳，用少量乙醇分散，加入硝酸錳溶液和醋酸鉛溶液，其質(zhì)量比為硝酸錳C＝7～8％；醋酸鉛C＝5～15％，攪拌均勻，加熱蒸去乙醇，烘干、研磨后再放入坩堝中，在260～280℃溫度下煅燒1小時，降至室溫后研磨制成。
全文摘要
一種添加鉛氧化物的鋅空氣電池空氣電極催化劑，是在活性碳和硝酸錳中加入醋酸鉛，用固相煅燒的方法制成的含有MnO
文檔編號B01J21/18GK1564357SQ20041001363
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月18日
發(fā)明者張寶宏, 趙猛 申請人:張寶宏, 趙猛