摘要
铝空气电池有较高的能量密度和容量密度，是一种极具发展潜力的金属空气电池。但其较慢的氧还原反应（ORR）速率限制了它的发展和应用，开发低成本、高效率的 ORR 催化剂是推动铝空气电池发展的关键。在各种催化剂中，铂基催化剂具有最高的 ORR 活性，被认为是最理想的催化剂。但是纯铂含量有限且价格昂贵，因此设计并开发高铂原子利用率、高活性、高稳定性的铂基催化剂是当前研究的重点。 首先采用浸渍后煅烧的方法，通过调节铂负载量和煅烧温度等条件，实现对铂纳米颗粒在 2~5 nm的控制。在铂负载量为 10%、煅烧温度为 400℃条件下得到了粒径均匀的 Pt/C-400℃催化剂，展现出优于商业 JM Pt/C 的电化学性能：半波电位为 0.857 V，质量活性可达 0.087 A/mgPt，电化学循环扫描 5000次循环后电化学活性面积（ECSA）无衰减。基于该催化剂的空气电极组装的铝空气电池在10 mA电流下的放电电压高且稳定，最大功率密度达4.32 mW/cm2。 进一步通过浸渍还原法在 Vulcan XC-72R 炭黑表面共还原制备了碳负载 Pt-Zn纳米合金。通过调节铂锌比，得到性能优异的 Pt3Zn/C催化剂。电化学性能指标为：电化学活性面积为 85.0 m2/gPt ，在 0.9 V 下的比活性和质量活性分别为0.286 mA/cm2和0.244 A/mgPt，是JM Pt/C的1.93倍和3.17倍。Pt3Zn/C作为空气阴极催化剂的铝空气电池表现出最高功率密度为 5.86 mW/cm2，远高于 JM Pt/C 。这项工作提供了一种新的方法合成 Pt-Zn 合金催化剂，在铝空气电池中有广阔的应用前景。 最后对所得到的铂基催化剂在铝空气电池的应用性能进行研究，分别对比了中性和碱性电解液中的析氢腐蚀情况。并通过调节阴阳极间距、电解液浓度、电解液温度和氧分压等条件对铝空气电池性能进行优化。组装 8 单体的铝空气电池堆并进行电堆性能的研究，电堆在10 mA放电时可以提供5.322 V的高放电电压平台，峰值功率可达180 mW。
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