金属空气电池催化剂、空气电极及设备制作方法与设计方案
空气电池的制作方法
空气电池的制作方法嘿，朋友们！今天咱来聊聊这神奇的空气电池制作方法。
你们可别小瞧这玩意儿，它就像是一个小小的能量宝库呢！要制作空气电池呀，首先得准备好一些材料。
就像做饭得有食材一样，咱这也不能马虎。
比如说，得有合适的电极材料，这就好比是电池的“主角”，得选个厉害的来担当。
还有电解质溶液，这可是让能量流动起来的关键呢。
接下来，就是动手操作啦！把电极材料按照一定的形状和尺寸裁剪好，就像给它量身定制一套衣服似的。
然后把它们安装到合适的位置，这可得细心点儿，不能弄错了方向。
再把电解质溶液小心地倒进去，看着它慢慢填满那些缝隙，就好像是给电池注入了活力。
这时候你想想，这不就跟给人输血一样嘛，让它有了精神头。
然后就是等待啦，等它们慢慢融合，产生奇妙的化学反应。
这过程就像是一场魔术表演，一点点地变出能量来。
在制作的过程中，可千万要注意一些细节哦。
比如说电极的清洁度，如果不干净，那不就像人吃了脏东西会生病一样嘛，电池也会不好好工作的哟！还有溶液的浓度，太浓太淡都不行，得恰到好处，就跟做菜放盐似的。
制作空气电池可不是一件容易的事儿，但当你成功的时候，那种成就感可真是无与伦比呀！你就会觉得，哇塞，我自己也能做出这么厉害的东西来！这就像是你自己种出了一颗超级大西瓜，那种喜悦简直没法形容。
朋友们，别害怕尝试，别觉得这有多难。
就像学骑自行车一样，一开始可能会摔倒，但只要坚持，总会骑得稳稳当当的。
空气电池也是这样，只要你有耐心，有勇气，就一定能做出属于自己的能量小宝藏！加油吧，让我们一起在这神奇的科学世界里探索，创造出更多的精彩！怎么样，是不是心动了呀？那就赶紧行动起来吧！。
空气电极结构
空气电极结构电池作为现代社会中不可或缺的能量来源，其性能的提高一直是科学家们的追求。
而空气电极作为一种新型的电池结构，其能量密度高、成本低、环保等优势，备受关注。
本文将从空气电极的原理、结构、制备方法及应用等方面进行探讨。
一、空气电极的原理空气电极是一种以空气为氧化剂，以活性物质为还原剂的电池结构。
在空气电极中，空气中的氧气与电极中的还原剂发生反应，释放出电子和离子，从而产生电流。
空气电极的原理是基于氧气的还原反应，其反应式为：O2 + 4e- + 2H2O → 4OH-由于氧气是空气中最丰富的成分之一，因此空气电极具有较高的能量密度和较低的成本。
二、空气电极的结构空气电极的结构主要由电极材料、电解液和隔膜三部分组成。
1. 电极材料空气电极的电极材料一般采用碳材料，如石墨、活性炭等。
这些材料具有较高的导电性和较好的催化活性，能够促进氧气的还原反应。
此外，电极材料的孔隙结构也对电池性能产生影响，孔隙大小和分布对氧气的扩散速度和电极表面积有重要影响。
2. 电解液电解液是空气电极中的重要组成部分，它能够提供离子传输的通道，同时也能够调节电极材料的催化活性。
一般来说，电解液中的离子越多，电池的性能也就越好。
同时，电解液的PH值也会影响电池的性能，一般要求PH值在7左右。
3. 隔膜隔膜是空气电极中的另一个重要组成部分，它能够防止电极材料的直接接触，同时也能够控制电解液的流动。
隔膜的材料一般是聚合物材料，如聚乙烯等。
三、空气电极的制备方法空气电极的制备方法一般包括以下几个步骤：1. 制备电极材料电极材料的制备一般采用石墨化、活化等方法，以提高其导电性和催化活性。
同时，还需要控制电极材料的孔隙大小和分布，以保证氧气的扩散速度和电极表面积。
2. 制备电解液电解液的制备一般采用酸碱中和的方法，以控制PH值和离子浓度。
同时，还需要控制电解液的纯度和稳定性，以保证电池的性能。
3. 组装电池电池的组装一般采用层叠式结构，即将电极材料、电解液和隔膜依次叠加，形成电池结构。
锌空气电池空气电极
锌空气电池空气电极锌空气电池空气电极是锌空气电池中的重要组成部分，它扮演着将空气中的氧气与电池中的锌发生反应的角色。
锌空气电池是一种高能量密度的电池，由于其较高的能量密度和较低的成本，被广泛应用于电动车、储能系统和便携式电子设备等领域。
锌空气电池的空气电极通常采用碳材料制成，因为碳具有良好的导电性、化学稳定性和较高的气体透过性。
空气电极的主要作用是将空气中的氧气导入电池内部，并与电池中的锌发生氧化还原反应。
这一反应的产物是氧化锌，同时释放出电子。
电子通过外部电路流动，产生电能。
在锌空气电池中，空气电极通常由碳材料制成的多孔板组成。
这种多孔板具有较大的比表面积，可以提供更多的反应活性位点，增加空气电极与空气中的氧气接触的机会。
多孔板的孔隙结构还可以提高氧气的传输速率，减小电池内部的氧气扩散阻力。
为了进一步提高空气电极的性能，一些研究人员还采用了纳米材料修饰空气电极表面。
纳米材料具有较大的比表面积和更好的反应活性，可以增强空气电极与氧气之间的相互作用。
例如，研究人员利用纳米碳管修饰空气电极，提高了电池的能量转化效率和循环稳定性。
除了碳材料，一些研究还尝试了其他材料作为空气电极的候选材料。
例如，金属氧化物、金属氮化物和金属硫化物等材料被认为具有较高的氧还原反应活性。
这些材料可以替代碳材料，提高锌空气电池的性能。
然而，锌空气电池中的空气电极也存在一些问题。
一方面，空气中的水蒸气和二氧化碳会与空气电极中的氧气竞争反应，降低电池的性能。
另一方面，空气电极在长时间使用后会出现堵塞现象，导致氧气无法有效传输，从而影响电池的性能。
因此，为了进一步提高锌空气电池的性能，需要从多个方面进行改进。
首先，可以通过优化空气电极的材料和结构，提高氧气的传输速率和反应活性。
其次，可以采用适当的方法降低气体竞争反应的影响，例如添加吸湿剂或调节电池的工作条件。
此外，还可以通过研究新型的空气电极材料，进一步提高锌空气电池的性能。
锌空气电池的空气电极在电池性能和应用领域方面起着重要作用。
金属空气电池
• 成氢氧根离子（OH-）。在正极的水性电解液中与锂离子（Li+）结合生成
• 水溶性的氢氧化锂（LiOH）。
• 充电时电极反应如下:
•
（1）负极反应（Li++e-→Li）
•
通过导线供应电子，锂离子（Li+）由正极的水性电解液穿过固体电解
• 质到达负极表面，在负极表面发生反应生成金属锂。
•
（2）正极反应（4OH-→O2+2H2O+4e-）
可减小极化而提供更大的电流。酸和碱都是比较好的缓冲溶液，因此最令人满意的空气电极均采用高浓度的碱性或
酸性电解液。碱性和酸性电解液均有缺点，碱性电解液会被空气中的二氧化碳污染，酸性电解液会与低廉的催化剂
作用使之腐蚀，同时也腐蚀用于空气电极的集流体。实用上一般还能容许碱性电解液的缺点。有些金属一空气体系
的催化剂。降低金属空气电池成本，完善电池构造技术，开发实用型金属空气电池，
解决金属空气电池在推广应用上存在的实际问题，进一步扩展其应用领域，是今后金
属电池的发展方向
2021/10/10
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几种主要金属空气电池的研究现状
（1）锌空气电池
• 锌空气电池
•
锌空气电池（ zinc air battery），用活性碳吸附空气中的氧或纯氧作为正极活性物质，以锌为负极，以氯化铵或苛性碱溶液为电解质
• 金属空气电池主要由正极、负极、电解液三大部分组成. 下图为金属空气电池的构成
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金属空气电池的工作原理
•
（1）正极（空气电极）
•
一个空气电极一般由三层组成：催化层，防水透气层以及用来增加电极机械强度的金属集流导电网。空气中的
空气电极的制备
空气电极的制备
本文介绍了如何制备一种空气电极，该电极可用于燃料电池和电化学储能器件等领域。
具体步骤如下：
材料准备：
1.碳材料：如炭黑、活性炭等。
2.催化剂：如Pt、Pd等。
3.导电剂：如碳黑、石墨等。
4.粘合剂：如聚四氟乙烯等。
5.溶剂：如异丙醇、水等。
步骤：
1.制备碳载体：将碳材料加入溶剂中，并在适当条件下进行搅拌和超声处理，制备出均匀的碳载体浆料。
2.加入催化剂：将催化剂加入碳载体浆料中，并进行充分混合和分散。
3.加入导电剂：将导电剂加入碳载体和催化剂的混合物中，并进行充分混合和分散。
4.加入粘合剂：将粘合剂加入混合物中，制备出粘稠的电极浆料。
5.涂覆电极：将电极浆料涂覆在导电材料上，并进行干燥和烧结，制备出具有良好导电性和催化性能的空气电极。
以上就是空气电极制备的基本步骤，制备好的电极可以用于燃料电池
和电化学储能器件等领域，具有良好的性能和稳定性。
随着材料科学的不断发展，空气电极的制备工艺也在不断创新和进步。
双极膜金属空气电池
双极膜金属空气电池随着环境保护意识的不断增强，绿色能源的开发和利用逐渐成为全球关注的焦点。
作为一种新型的高能量密度电池，双极膜金属空气电池因其高效、环保和可再生的特点而备受瞩目。
双极膜金属空气电池是一种利用金属和空气作为主要材料的电池。
它由两个相互独立的阳极和阴极组成，中间通过膜隔离。
阳极是金属电极，阴极则是空气电极。
金属电极通常采用锌、铝等金属，而空气电极则利用大气中的氧气。
在电池工作时，金属和空气发生氧化还原反应，从而产生电能。
与传统电池相比，双极膜金属空气电池具有更高的能量密度和更长的使用寿命。
双极膜金属空气电池具有高能量密度。
由于空气电极利用了大气中的氧气，不需要额外携带氧化剂，因此相比其他电池类型，双极膜金属空气电池的能量密度更高。
这意味着在相同体积或重量下，双极膜金属空气电池能够储存更多的电能，提供更长的使用时间，更适合高能量消耗的应用场景。
双极膜金属空气电池是一种环保的电池。
传统电池中的重金属材料会对环境造成污染，而双极膜金属空气电池使用的金属电极主要是锌、铝等常见金属，对环境影响较小。
同时，空气作为电池的主要氧化剂，是无限可再生的，不会产生二氧化碳等温室气体，对大气环境的污染也较小。
双极膜金属空气电池具有良好的循环寿命。
传统电池在使用过程中会发生晶格膨胀和收缩，导致电池材料的疲劳和损坏，降低了电池的循环寿命。
而双极膜金属空气电池由于金属和空气的反应是表面反应，不涉及材料的体积变化，因此具有较长的使用寿命。
研究表明，双极膜金属空气电池可以经历数千次循环充放电，保持较高的电能转化效率。
双极膜金属空气电池的应用潜力广泛。
目前，双极膜金属空气电池已经在移动设备、电动车等领域得到了应用。
由于其高能量密度和环保特性，双极膜金属空气电池有望成为未来电动汽车领域的重要能源选择。
此外，双极膜金属空气电池还可以用于储能系统、应急电源等领域，助力可再生能源的发展和利用。
尽管双极膜金属空气电池具有许多优点，但仍然存在一些挑战。
金属空气电池研究的关键科学问题和发展方向
金属空气电池研究的关键科学问题和发展方向金属空气电池研究的关键科学问题包括以下几个方面：1. 催化剂设计与优化：金属空气电池中的氧还原反应(Oxygen Reduction Reaction, ORR)和氧析出反应(Oxygen Evolution Reaction, OER)是关键的电极反应。
目前的金属空气电池中常使用贵金属作为催化剂，而贵金属的高成本和有限的资源使金属空气电池商业化受到限制。
因此，如何设计和优化高效、低成本的非贵金属催化剂是一个重要的科学问题。
2. 金属空气电池的寿命问题：金属空气电池的寿命受到氧气的浓度、催化剂的稳定性、电解液的腐蚀性以及金属电极的腐蚀等因素的影响。
解决金属空气电池的寿命问题是一个关键的科学问题，需要寻找稳定性高、寿命长的电极材料和电解液。
3. 电池的能量密度和功率密度：金属空气电池的能量密度和功率密度对其实际应用具有重要影响。
尽管金属空气电池具有高理论能量密度，但实际应用中这一指标还有待提高。
因此，如何提高金属空气电池的能量密度和功率密度是一个重要的科学问题，需要在电池设计、材料选择、反应机理等方面进行深入研究。
金属空气电池的发展方向包括以下几个方面：1. 材料的优化：研究人员可以通过设计和合成新型催化剂、电解液和电极材料来提高金属空气电池的性能。
例如，可以开发出高效、低成本的非贵金属催化剂，以降低金属空气电池的成本。
2. 界面工程：金属空气电池中的电极-电解质界面是关键的反应界面。
通过界面工程，可以提高金属空气电池的电子传输速率和离子传输速率，从而提高电池的电化学性能。
3. 智能控制系统：开发智能控制系统可以优化金属空气电池的使用性能，例如通过温度控制、电流控制等方式，延长电池的寿命并提高效率。
4. 安全性改进：金属空气电池中的金属电极在放电过程中会生成大量的金属氢氧化物，有可能产生热量和气体，导致电池过热、爆炸等安全隐患。
因此，需要研究金属空气电池的安全性问题，并开发安全性改进的措施。
金属空气电池空气电极的催化剂研发
金属空气电池空气电极的催化剂研发随着全球对可再生能源的需求不断增加，金属空气电池作为一种高效、环保且具备巨大潜力的能源存储技术，正在受到广泛关注。
而金属空气电池中的空气电极，特别是其催化剂的研发，对于提升电池的能量密度和稳定性至关重要。
本文将就金属空气电池空气电极的催化剂研发进行探讨。
1. 金属空气电池的基本原理金属空气电池采用金属与空气中的氧气之间的氧化还原反应来释放电能。
在正极，金属与氧气发生反应生成氧化物，而在负极，电流流经外部回路，形成闭合电路。
这种电池的重要优势在于其高能量密度和低成本。
2. 空气电极中催化剂的作用在金属空气电池中，空气电极起到多个重要作用。
它不仅仅是电子的传导通道，还需要能够有效催化氧气还原反应（Oxygen Reduction Reaction, ORR），以加速氧气在电极表面的反应速率，并降低反应的过电位。
因此，空气电极的催化剂成为了研发的重点。
3. 催化剂研发的挑战目前，常用的金属空气电池催化剂主要有铂族元素，如铂、钯等。
然而，这些催化剂非常昂贵且稀缺，限制了金属空气电池的商业应用。
因此，研发廉价、高效的替代催化剂成为解决之道。
4. 新型催化剂的探索为了寻找合适的替代催化剂，研究人员将目光聚焦在非贵金属催化剂上。
例如，过渡金属氮化物和碳族化合物等都显示出了良好的催化活性。
此外，纳米材料和多孔材料的结构设计也能够提高催化剂的活性和稳定性。
5. 异质催化剂的应用另一种研发方向是采用异质催化剂。
在这种设计中，将两种不同的催化剂组合在一起，以协同提高反应速率和效率。
例如，将过渡金属催化剂和碳基催化剂组合，可以形成良好的催化界面，提供更多的反应活性位点。
6. 电化学研究的重要性在催化剂研发中，电化学性能的评估显得尤为重要。
通过电化学实验，可以确定催化剂的氧还原反应动力学和稳定性，并优化催化剂的表面形貌和组成结构。
7. 未来展望金属空气电池是一种具有广阔应用前景的能源存储技术。
金属-空气电池有哪些及其原理
金属-空气电池具备倍率性能好、能量密度大、低碳可持续等优点，是一种半储能半燃料式电池，被认为是新一代的储能与转化装置。
著名学者于1868年研制出世界第一个金属-空气电池，现如今，已发展出多种金属-空气电池。
由于大多数金属-空气电池的正极反应以氧气参与为主（此外还有二氧化碳、氮气等），充放电过程基于正极区发生的氧气还原（ORR）和氧气析出（OER）反应，本篇仅列举这类示例。
常见金属-空气电池（图源：王焕锋，《金属空气电池双功能正极催化剂的制备及电化学性能研究》）锂-空气电池锂-空气电池的研究最早可以追溯至1976年，首次提出。
电池负极为金属锂，正极为具有合理孔结构带有ORR催化活性的复合材料，隔膜为玻璃纤维或者PP膜，电解液一般为1M的LiTFSI溶解在TEGDME或者DMSO。
放电时，负极锂失去电子变为Li+，Li+跨越隔膜后迁移至正极。
而正极侧在催化剂的协助下，氧气获得外电路电子发生ORR反应产生中间体离子O2−，Li+与O2−结合成LiO2，之后经过进一步电化学还原或者化学还原生成最终放电产物Li2O2。
充电时，Li2O2发生氧化反应生成LiO2-x后进一步被分解为Li+和O2，Li+迁移回到负极并重新生成金属锂。
锂-空气电池原理图（图源：王晓雪，《高比能锂氧气/锂二氧化碳电池正极关键问题及新型策略研究》）在整个电池的反应过程中，氧气是真正的正极反应物。
而作为锂氧气电池重要组分的多孔正极，其功能是承载活性材料，提供氧气和锂离子之间电化学反应的“气-液-固”三相界面及在充放电过程中作为ORR/OER过程的催化剂。
铝-空气电池早在19世纪，金属铝就在电池材料中使用了。
1960年，在燃料电池中研究了铝阳极在空气电池系统中的理论，并对其可行性进行了探讨。
1962年，在实验中研究了金属铝-空气电池。
之后，经过不断的发展，在1979年，使用海水作为铝-空气电池的电解液并在电动汽车上进行应用。
1990年起，各领域都有了铝-空气电池的身影，如在化学电源、电动汽车、水下潜艇方面的应用等。
锌空气电池催化剂
锌空气电池催化剂锌空气电池是一种新型的电池技术，它利用锌和空气之间的化学反应来产生电力。
而在这个过程中，催化剂起着至关重要的作用。
催化剂可以提高电池的效率和稳定性，从而延长电池的寿命并提高其性能。
催化剂在锌空气电池中的作用是通过加速电化学反应的速率来促进电池的正常工作。
锌空气电池的工作原理是将锌金属氧化成锌离子，同时还伴随着氧气的还原反应。
而这个反应是比较缓慢的，需要催化剂来降低反应的能垒，加快反应速率。
常用的锌空气电池催化剂主要有铂、银、镍等金属催化剂。
这些催化剂具有高的电催化活性和稳定性，能够有效地促进锌空气电池的反应速率。
其中，铂是最常用的催化剂之一，它具有良好的电化学催化性能和抗氧化性能，能够提高锌空气电池的能量密度和寿命。
除了金属催化剂，还有一些非金属催化剂也被用于锌空气电池中。
例如，碳基催化剂是一种新兴的催化剂，它具有较高的催化活性和较低的成本，能够提高锌空气电池的性能并降低制造成本。
此外，一些过渡金属氧化物和过渡金属化合物也被研究用作锌空气电池的催化剂，它们具有丰富的氧化还原反应活性，可以有效地促进电池的反应速率。
催化剂在锌空气电池中的应用还面临一些挑战。
首先，金属催化剂的成本较高，限制了锌空气电池的商业化应用。
因此，研究人员正在寻找更便宜和高效的替代材料。
其次，催化剂的稳定性也是一个问题，由于锌空气电池的工作条件比较苛刻，催化剂容易受到腐蚀和失活。
因此，改进催化剂的稳定性是提高锌空气电池性能的关键。
锌空气电池催化剂在提高锌空气电池性能方面起着重要作用。
金属和非金属催化剂能够提高电池的反应速率和稳定性，从而延长电池寿命并提高能量密度。
然而，催化剂的成本和稳定性仍然是需要解决的问题，进一步的研究和开发将有助于推动锌空气电池技术的商业化应用。
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本技术公开了一种金属空气电池催化剂、空气电极及制备方法，包括富氧空缺钴氧化物、碳包覆的富氧空缺钴氧化物及载有所述催化剂空气电极的制备方法和应用。
本技术实施例通过水热反应在集流体上直接生长催化剂，可以将催化剂与集流体稳固连接，省去了粘接剂的使用，降低空气电极内部电阻，减缓金属空气电池工作过程中的催化剂流失。
相比于传统金属空气电池钴氧化物催化剂，本技术实施例中富氧空缺及碳包覆的富氧空缺钴氧化物具有较高的氧还原活性，采用所述催化剂制备的金属空气电池具有更高的峰值功率密度和充放电循环寿命。
权利要求书1.一种金属空气电池催化剂，其特征在于，催化剂为富氧空缺钴氧化物或碳包覆的富氧空缺钴氧化物，其中，所述钴氧化物为四氧化三钴、三氧化二钴、氧化钴中的一种或多种的混合物。
2.一种如权利要求1所述的金属空气电池催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将硝酸钴、氟化铵和尿素粉末溶解于去离子水，形成催化剂前体溶液；将所述催化剂前体溶液置于水热反应釜中，以进行水热反应得到催化剂前驱体；将所述催化剂前驱体进行煅烧得钴氧化物催化剂；将所述钴氧化物催化剂置于氩气氛围进行等离子处理，得富氧空缺钴氧化物；将所述富氧空缺钴氧化物浸于葡萄糖溶液，并在所述氩气氛围中煅烧得到碳包覆的富氧空缺钴氧化物。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将硝酸钴、氟化铵和尿素粉末溶解于去离子水，包括：所述催化剂前体溶液配置的浓度为于每40mL去离子水中加入1-4mmol四水合硝酸钴或六水合硝酸钴粉末、5-20mmol尿素粉末、4-16mmol氟化铵粉末，充分溶解并均匀搅拌。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，水热反应条件为将所述水热反应釜置于110-130℃中保持6-12h。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，煅烧条件为在300-350℃空气或氧气氛围下保持1-3h。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，等离子处理条件为在氩气或氮气氛围中以500-800W放电功率等离子处理1-6min。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，葡萄糖溶液浓度为0.01-0.1mol/L，浸泡时间为6-48h。
8.一种金属空气电池空气电极，其特征在于，所述空气电极包括如权利要求1所述的金属空气电池催化剂。
9.一种如权利要求8所述的金属空气电池空气电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以第一预设浓度的盐酸浸泡泡沫镍或碳布，并进行持续超声处理达第一预设时间，用去离子水清洗第一预设次数后备用；将预设配比的硝酸钴、氟化铵和尿素粉末溶解于去离子水，形成催化剂前体溶液；将所得预处理后的集流体和前体溶液置于水热反应釜中，在第一预设温度下保持第二预设时间；将生长于集流体的催化剂前驱体在第二预设温度下进行煅烧第三预设时间；将生长于集流体的钴氧化物置于氩气氛围在预设功率下进行等离子处理达第四预设时间；将生长于集流体的富氧空缺钴氧化物浸于第二预设浓度的葡萄糖溶液达第五预设时间；在氩气氛围中在第三预设温度下进行煅烧第六预设时间；将预设数量的生长于集流体的碳包覆的富氧空缺钴氧化物片材在第一预设热压温度和第一预设热压压力下热压成一体作为催化层；将催化层置于第二预设浓度的PTFE乳液或Nafion溶液中浸泡第七预设时间，然后干燥；重复浸泡干燥操作达第二预设次数，然后在第四预设温度下进行煅烧第八预设时间；将处理后的催化层与疏水扩散层在第二预设热压温度和第二预设热压压力下热压成一体得到空气电极。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，其中，所述第一预设浓度为1-6mol/L，所述第一预设时间为3-20min，所述第一预设次数为3-10次；所述预设配比为于每40mL去离子水中加入1-4mmol四水合硝酸钴或六水合硝酸钴粉末、5-20mmol尿素粉末、4-16mmol氟化铵粉末；所述第一预设温度为110-130℃，所述第二预设时间为6-12h；所述第二预设温度为300-350℃，所述第三预设时间为1-3h；所述预设功率为500-800W，所述第四预设时间为1-6min；所述第二预设浓度为0.01-0.1mol/L，所述第五预设时间为6-48h；所述第三预设温度为400-500℃，所述第六预设时间为1-3h；所述预设数量为1-5片，所述第一预设热压温度为50-100℃，所述第一预设热压压力为0.1-1.0MPa；所述第二预设浓度为1-10％，所述预设浸泡时间为30-120min；所述第二预设次数为1-5次，所述第四预设温度为150-350℃，所述第八预设时间为30-120min；所述第二预设热压温度为50-100℃，所述第二预设热压压力为0.1-1.0MPa。
技术说明书金属空气电池催化剂、空气电极及制备方法技术领域本技术涉及金属空气电池技术领域，特别涉及一种金属空气电池催化剂、空气电极及制备方法。
背景技术金属空气电池是一种以金属为阳极、空气中的氧气为阴极的电化学反应装置。
金属空气电池能量密度高、结构简单轻便，通常作为金属空气电池阳极材料的锌、铝、镁等金属储量丰富、价格低廉，已经在野外应急、储备电源、通讯电源等领域得到了一定的应用。
与已经广泛应用的铅酸电池、锂离子电池相比，锌空气电池等金属空气电池较为安全环保，避免了电解质溶液易燃易爆炸及重金属污染等问题，有希望在人民生产生活的更多领域进行应用。
目前金属空气电池存在的主要问题是功率密度不高、充放电循环寿命较短和充放电电压差较大，这些特点限制了金属空气电池作为储能装置的应用。
采用贵金属及其氧化物作为催化剂可以缓解上述问题，但由于价格高昂难以进行商业化应用。
大多数金属空气电池非贵金属催化剂析氧反应和氧还原反应动力学过程缓慢、过电位高、电化学稳定性差，因此开发具有高催化活性和高稳定性的催化剂及空气电极成为了金属空气电池开发及应该用的关键课题。
技术内容本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本技术的第一个目的在于提出一种金属空气电池催化剂，该催化剂相比于传统金属空气电池钴氧化物催化剂，富氧空缺及碳包覆的富氧空缺钴氧化物具有较高的氧还原活性，采用所述催化剂制备的金属空气电池具有更高的峰值功率密度和充放电循环寿命。
本技术的第二个目的在于提出一种金属空气电池催化剂的制备方法。
本技术的第三个目的在于提出一种金属空气电池空气电极。
本技术的第四个目的在于提出一种金属空气电池空气电极的制备方法。
为达到上述目的，本技术第一方面实施例提出了一种金属空气电池催化剂，催化剂为富氧空缺钴氧化物或碳包覆的富氧空缺钴氧化物，其中，所述钴氧化物为四氧化三钴、三氧化二钴、氧化钴中的一种或多种的混合物。
本技术实施例的金属空气电池催化剂，通过水热反应在集流体上直接生长催化剂，可以将催化剂与集流体稳固连接，省去了粘接剂的使用，降低空气电极内部电阻，减缓金属空气电池工作过程中的催化剂流失；相比于传统金属空气电池钴氧化物催化剂，富氧空缺及碳包覆的富氧空缺钴氧化物具有较高的氧还原活性，采用所述催化剂制备的金属空气电池具有更高的峰值功率密度和充放电循环寿命。
为达到上述目的，本技术第二方面实施例提出了一种如上述实施例所述的金属空气电池催化剂的制备方法，包括以下步骤：将硝酸钴、氟化铵和尿素粉末溶解于去离子水，形成催化剂前体溶液；将所述催化剂前体溶液置于水热反应釜中，以进行水热反应得到催化剂前驱体；将所述催化剂前驱体进行煅烧得钴氧化物催化剂；将所述钴氧化物催化剂置于氩气氛围进行等离子处理，得富氧空缺钴氧化物；将所述富氧空缺钴氧化物浸于葡萄糖溶液，并在所述氩气氛围中煅烧得到碳包覆的富氧空缺钴氧化物。
本技术实施例的金属空气电池催化剂的制备方法，通过水热反应在集流体上直接生长催化剂，可以将催化剂与集流体稳固连接，省去了粘接剂的使用，降低空气电极内部电阻，减缓金属空气电池工作过程中的催化剂流失；相比于传统金属空气电池钴氧化物催化剂，富氧空缺及碳包覆的富氧空缺钴氧化物具有较高的氧还原活性，采用所述催化剂制备的金属空气电池具有更高的峰值功率密度和充放电循环寿命。
另外，根据本技术上述实施例的金属空气电池催化剂的制备方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本技术的一个实施例中，所述将硝酸钴、氟化铵和尿素粉末溶解于去离子水，包括：所述催化剂前体溶液配置的浓度为于每40mL去离子水中加入1-4mmol四水合硝酸钴或六水合硝酸钴粉末、5-20mmol尿素粉末、4-16mmol氟化铵粉末，充分溶解并均匀搅拌。
进一步地，在本技术的一个实施例中，水热反应条件为将所述水热反应釜置于110-130℃中保持6-12h。
进一步地，在本技术的一个实施例中，煅烧条件为在300-350℃空气或氧气氛围下保持1-3h。
进一步地，在本技术的一个实施例中，等离子处理条件为在氩气或氮气氛围中以500-800W 放电功率等离子处理1-6min。
进一步地，在本技术的一个实施例中，葡萄糖溶液浓度为0.01-0.1mol/L，浸泡时间为6-48h。
为达到上述目的，本技术第三方面实施例提出了一种金属空气电池空气电极，包括上述实施例所述的金属空气电池催化剂。
本技术实施例的金属空气电池空气电极，通过水热反应在集流体上直接生长催化剂，可以将催化剂与集流体稳固连接，省去了粘接剂的使用，降低空气电极内部电阻，减缓金属空气电池工作过程中的催化剂流失；相比于传统金属空气电池钴氧化物催化剂，富氧空缺及碳包覆的富氧空缺钴氧化物具有较高的氧还原活性，采用所述催化剂制备的金属空气电池具有更高的峰值功率密度和充放电循环寿命。
为达到上述目的，本技术第四方面实施例提出了一种如上述实施例所述的金属空气电池空气电极的制备方法，包括以下步骤：以第一预设浓度的盐酸浸泡泡沫镍或碳布，并进行持续超声处理达第一预设时间，用去离子水清洗第一预设次数后备用；将预设配比的硝酸钴、氟化铵和尿素粉末溶解于去离子水，形成催化剂前体溶液；将所得预处理后的集流体和前体溶液置于水热反应釜中，在第一预设温度下保持第二预设时间；将生长于集流体的催化剂前驱体在第二预设温度下进行煅烧第三预设时间；将生长于集流体的钴氧化物置于氩气氛围在预设功率下进行等离子处理达第四预设时间；将生长于集流体的富氧空缺钴氧化物浸于第二预设浓度的葡萄糖溶液达第五预设时间；在氩气氛围中在第三预设温度下进行煅烧第六预设时间；将预设数量的生长于集流体的碳包覆的富氧空缺钴氧化物片材在第一预设热压温度和第一预设热压压力下热压成一体作为催化层；将催化层置于第二预设浓度的PTFE乳液或Nafion溶液中浸泡第七预设时间，然后干燥；重复浸泡干燥操作达第二预设次数，然后在第四预设温度下进行煅烧第八预设时间；将处理后的催化层与疏水扩散层在第二预设热压温度和第二预设热压压力下热压成一体得到空气电极。