添加铅氧化物的锌空气电池空气电极催化剂[发明专利]

[12]发明专利申请公开说明书

[21]申请号200410013631.3

[51]Int.CI7

H01M 4/90B01J 23/00B01J 21/18

[43]公开日2005年1月12日[22]申请日2004.03.18[21]申请号200410013631.3

[71]申请人张宝宏

地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街

51－20栋702共同申请人赵猛[72]发明人张宝宏 赵猛

[11]公开号CN 15357A

[74]专利代理机构哈尔滨市船大专利事务所

代理人张贵丰

权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页

[]发明名称

添加铅氧化物的锌空气电池空气电极催化剂[57]摘要

一种添加铅氧化物的锌空气电池空气电极催化剂，是在活性碳和锰中加入醋酸铅，用固相煅烧的方法制成的含有MnO2和铅氧化物的碳载催化剂。本发明的催化剂制备工艺简单，价格低廉，催化活性高，在相同放电电流密度下与不添加铅氧化物的MnO2催化剂相比可提高其放电电压。完全可以用于锌空电池空气电极。

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权 利 要 求 书

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1.一种添加铅氧化物的锌空气电池空气电极催化剂，其特征在于用活性碳经液相物质分散后加入锰溶液和醋酸铅溶液，采用固相煅烧的方法制成碳载MnO2和铅氧化物的催化剂。

2.根据权利要求1所述的添加铅氧化物的锌空气电池空气电极催化剂，其特征在于可通过下列方法制备：

取一定质量的活性碳，用少量乙醇分散，加入锰溶液和醋酸铅溶液，其质量比为锰：C＝7～8％；醋酸铅：C＝5～15％，搅拌均匀，加热蒸去乙醇，烘干、研磨后再放入坩埚中，在260～280℃温度下煅烧1小时，降至室温后研磨制成。

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说 明 书

添加铅氧化物的锌空气电池空气电极催化剂

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技术领域

本发明涉及电化学领域一种添加铅氧化物的锌空气电池空气电极催化剂。 背景技术

锌空气电池是以锌为电池的负极活性物质，以空气中的氧气为正极活性物质的电池。由于空气中的氧气随时可取，又不占用电池空间，因此在相同体积，相同重量下，锌空气电池可以储存更多地反应物质，与传统的其他电池相比，具有比能量高(理论上可达到1350Wh/kg)、容量大、放电性能稳定、成本低和安全等特点，是一种具有巨大市场前景的化学电源。但是锌空电池的空气电极的放电电流密度偏低，不适用于大电流密度的放电，了它被广泛应用。因此广大科技人员为提高锌空气电池的电流密度提出了多种方法，一种是使用贵金属(Pt、Ag等)作为其空气电极的催化剂，其缺点是催化剂价格昂贵，使电池成本太高；目前一般锌空气电池采用廉价的MnO2作空气电极的催化剂，但其电流密度仍然较低，为了提高其电流密度，一种方法是从改进工艺或制备方法上着手，如使用溶胶凝胶制备MnO2催化剂，虽然使MnO2性能有所提高，但工艺制备方法复杂，使制备成本提高；另一种方法是在MnO2中添加辅助物质，如Co、.Li或稀土元素，其缺点仍是价格较贵，使电池成本很高。可参见对比文献：2001年9月12日，申请号为01107488.4，周震涛等人的发明专利“锌空气电池空气电极的催化剂”。 发明内容

本发明是采用固相煅烧的方法通过在MnO2中添加铅的氧化物的方法达到提高锌空气电池的空气电极放电电流密度的目的。

金属铅及其化合物一般被人认为是对催化剂有毒的物质，避免在催化剂中

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200410013631.3说 明 书 第2/3页

使用。在本发明中铅氧化物起着稳定MnO2结构的作用，通过加入适量的铅的氧化物，使MnO2在催化过程中保持其有利的结构与成分，从而提高了以MnO2为主要催化剂的空气电极的放电电流密度。

本发明的锌空气电池空气电极添加铅氧化物的MnO2催化剂的制备方法如下：

首先取一定质量的活性炭，用乙醇分散后加入一定质量的锰溶液和醋酸铅溶液，其质量比为锰：C＝7～8％；醋酸铅：C＝5～15％，将其搅拌均匀，加热蒸去乙醇，烘干、研磨后放入坩埚中，在260～280℃温度下煅烧1小时，待其降至室温后研磨，制成碳载MnO2和铅氧化物催化剂。 其次是使用本发明添加铅氧化物的MnO2催化剂，用聚四氟乙烯乳液作粘结剂，在轧膜机上碾压成0.1～0.2mm厚的催化膜，其中聚四氟乙烯重量为12％。按催化膜、导电镍网、透气防水膜的顺序排列，在压力机上压制成空气电极，使电极厚度为0.4～0.5mm。

然后采用恒电流测试法对用本发明的催化剂制成的空气电极进行测试，测量出的极化曲线见附图1。附图1中的曲线2代表不含铅氧化物的MnO2为催化剂制成的空气电极的极化曲线；附图1中的曲线1代表含有铅氧化物的MnO2催化剂制成的空气电极的极化曲线；图中横坐标为空气电极的极化电流密度，单位为mA/cm，纵坐标为空气电极在不同电流密度下极化后的电极电位[相对于Hg/HgO(7MKOH)参比电极]。

经反复试验，通过比较相同电流密度时极化电极电位，考察含铅量不同时空气电极的性能，在不同配比中添加铅氧化物的含量为8～9％时，空气电极的性能最好。与不添加铅氧化物的MnO2为催化剂的空气电极相比较，当电流密度为20～50mA/cm时，可提高电位30～50mV，在150mA/cm时，可提高118mV，从

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附图1可看出电流密度为150mA/cm时电极只极化560mV左右，优于本文对比文献中所提供的催化剂制成空气电极的性能，即在1.0V(1000mV)极化电位下，电流密度约为150mA/cm。

通过上述内容说明，本发明具有制备工艺简单，原料价格低的优点；且用本发明的催化剂制备的空气电极电化学性能优良，完全可用在锌空气电池中。 附图说明

图1是使用本发明催化剂制成的空气电极的极化曲线图。 具体实施方式

取一定质量的活性炭，用少量乙醇分散，加入一定质量的锰溶液(锰：C＝8％)，再加入一定质量的醋酸铅溶液(醋酸铅：C＝8％)，搅拌均匀、加热蒸去乙醇、烘干、研磨，再放入坩埚中，在270℃温度下煅烧1小时，待其降至室温，研磨，制成催化剂。

用上述催化剂，以聚四氟乙烯乳液为粘结剂，在轧膜机上碾压成0.1～0.2mm厚的催化膜，(其中聚四氟乙烯质量占12％)。按催化膜、导电镍网、透气防水膜的顺序排列，在压力机上压制成空气电极，使电极厚度为0.4～0.5mm。电极极化测试结果如附图1中的曲线1所示。与不含铅氧化物的曲线2相比在20～50mA/cm时，可提高电极电位30～mV；在150mA/cm时可提高118mV。从附图1中可见，从电流密度为0mA/cm时电极电位为0伏左右，电流密度为150mA/cm时，电极电位为-560mV左右，即电极电位极化了约560mV。电流密度可达到150mA/cm，优于对比文献中电极电位极化1.0V(1000mV)电流密度约为150mA/cm的性能。

本发明具有工艺简单、成本低的优点，且用该催化剂制备的锌空气电池中的空气电极其电化学性能优良。

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说 明 书 附 图

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图1

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