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ES3033862T3 - Oxygen reduction catalyst employing graphite of negative electrode of waste battery, and preparation method therefor - Google Patents

Oxygen reduction catalyst employing graphite of negative electrode of waste battery, and preparation method therefor

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ES3033862T3
ES3033862T3 ES21799463T ES21799463T ES3033862T3 ES 3033862 T3 ES3033862 T3 ES 3033862T3 ES 21799463 T ES21799463 T ES 21799463T ES 21799463 T ES21799463 T ES 21799463T ES 3033862 T3 ES3033862 T3 ES 3033862T3
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ES
Spain
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graphite
oxygen reduction
preparation
reduction catalyst
negative electrode
Prior art date
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Active
Application number
ES21799463T
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English (en)
Inventor
Ke Zou
Dingshan Ruan
Changdong Li
Yuan Wang
Fengmei Wang
Lin Wu
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Hunan Brunp Recycling Technology Co Ltd
Guangdong Brunp Recycling Technology Co Ltd
Hunan Bangpu Automobile Circulation Co Ltd
Original Assignee
Hunan Brunp Recycling Technology Co Ltd
Guangdong Brunp Recycling Technology Co Ltd
Hunan Bangpu Automobile Circulation Co Ltd
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Publication date
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Abstract

La invención se enmarca en el campo de los catalizadores. Se describe un método para preparar un catalizador de reducción de oxígeno que emplea grafito del electrodo negativo de una batería usada. El método comprende los siguientes pasos: (1) recuperar escoria de grafito de una batería usada y, a continuación, someterla a un tratamiento térmico; (2) moler y mezclar la escoria de grafito tratada, una sal de hierro y un compuesto orgánico nitrogenado para obtener un precursor del catalizador; (3) carbonizar el precursor del catalizador en una atmósfera de gas inerte para obtener una mezcla carbonada de hierro y nitrógeno; y (4) disolver la mezcla carbonada de hierro y nitrógeno en una solución ácida, filtrar y secar, y carbonizar de nuevo en una atmósfera de gas inerte para obtener un catalizador de reducción de oxígeno que emplea grafito del electrodo negativo de una batería usada. La invención utiliza escoria de grafito generada en un proceso de recuperación de una batería de iones de litio usada como materia prima. La escoria de grafito es de fácil acceso y tiene un bajo coste. La invención reduce la contaminación ambiental y tiene beneficios económicos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Catalizador de reducción de oxígeno que emplea grafito de electrodos negativos de baterías de desecho, y método de preparación para el mismo
Campo técnico
La presente solicitud pertenece al campo de los catalizadores, y particularmente se refiere a un catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho y un método de preparación para el mismo.
Antecedentes
Con la transformación y desarrollo de la energía, la producción de baterías de iones de litio aumenta día a día, y las baterías de iones de litio de desecho aumentarán gradualmente. Las baterías de iones de litio de desecho tienen impurezas perjudiciales que pueden contaminar el medio ambiente, y también tienen muchos recursos y materiales valiosos, de modo que es urgente reciclar y utilizar las baterías de iones de litio de desecho. Actualmente, algunas investigaciones han informado sobre sobre el reciclaje de materiales de electrodos positivos de baterías de iones de litio de desecho, que adoptan principalmente hidrometalurgia, pirometalurgia y otros métodos para reciclar los metales valiosos. Sin embargo, los materiales de electrodos negativos también tienen un gran valor de reciclaje. El grafito tiene buena ductilidad estructural a nivel molecular y morfológico, y fuerte tolerancia a los medios ácidos y básicos, por lo que es un material catalítico prometedor.
El CN 105.552.468 A divulga un método de reciclaje para material de ánodo de grafito de batería de iones de litio de desecho.
El CN 106.129.522 A divulga un método de preparación para reciclar grafito mediante electrodos negativos de baterías de iones de litio.
El CN 105.356.001 A divulga un método para reparar y modificar el residuo de electrodos negativos de baterías de iones de litio de desecho.
El CN 106.785.161 A divulga un método de regeneración ambiental para electrodo negativo de grafito.
A continuación, CN 106.785.163 A divulga un método para reparar y regenerar materiales de electrodo negativo de grafito para baterías de iones de litio.
Sin embargo, en la actualidad, el grafito se activa y repara normalmente de manera directa para usarse continuamente como electrodos negativos de grafito. Cada vez más personas se dan cuenta de que es urgente preparar materiales útiles en baterías que utilicen grafito de desecho como materia prima.
Por lo tanto, es urgente proporcionar un catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho, que tiene grafito de desecho como materia prima, un método de preparación sencillo, de bajo coste y con buenos beneficios económicos.
Sumario
La presente solicitud es para proporcionar un catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho, un método de preparación para el mismo y el uso del mismo. La presente solicitud adopta partículas de grafito generadas en el proceso de reciclaje de baterías de iones de litio de desecho como materia prima, lo que reduce el coste de la preparación del catalizador, recicla los recursos, reduce la contaminación ambiental y tiene beneficios tanto sociales como económicos.
El problema de la presente invención se resuelve mediante un método de preparación para un catalizador de reducción de oxígeno según la reivindicación independiente 1, así como mediante un catalizador de reducción de oxígeno según la reivindicación independiente 8, así como mediante una celda de combustible según la reivindicación independiente 9. Las reivindicaciones dependientes se refieren a otras configuraciones ventajosas de la presente invención.
Con el fin de lograr el objeto, la presente solicitud adopta las soluciones técnicas siguientes.
Un método de preparación para un catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho, que incluye las siguientes etapas:
(1) recoger partículas de grafito de las baterías de desecho, y después realizar un tratamiento térmico sobre las partículas de grafito;
(2) moler con bolas las partículas de grafito después del tratamiento térmico, una sal de hierro y un compuesto orgánico nitrogenado para obtener un precursor de catalizador;
(3) realizar un tratamiento de carbonización del precursor de catalizador en atmósfera inerte para obtener una mezcla a base de carbono que contiene hierro y nitrógeno; y
(4) disolver la mezcla a base de carbono que contiene hierro y nitrógeno en una solución ácida, filtrar y secar la misma, y realizar un tratamiento de carbonización en una atmósfera inerte de nuevo para obtener el catalizador de reducción de oxígeno usando grafito de electrodos negativos de baterías de desecho.
Preferiblemente, las partículas de grafito en la etapa (1) se preparan secando, triturando y tamizando los electrodos negativos de grafito de desecho, y luego eliminando las impurezas de partículas grandes en los electrodos negativos.
Más preferiblemente, el secado tiene una temperatura de 50 a 120 °C y un tiempo de secado de 2 a 12 h, y el tamizado se lleva a cabo con un tamiz convencional de malla de 100 a 400.
Preferiblemente, el tratamiento térmico en la etapa (1) tiene una temperatura de 300 a 600 °C, una velocidad de calentamiento de 1 a 10 °C/min y un tiempo de 0,5 a 3 h.
Preferiblemente, la sal de hierro en la etapa (2) es una de cloruro férrico, nitrato férrico o sulfato férrico. Preferiblemente, el compuesto orgánico nitrogenado de la etapa (2) es al menos uno de melamina, anilina o urea. Preferiblemente, las partículas de grafito, la sal de hierro y el compuesto orgánico nitrogenado en la etapa (2) tienen una relación en masa de 1 :(1-5):(1-5).
Preferiblemente, la molienda con bolas en la etapa (2) tiene una velocidad de 200 a 600 rpm y un tiempo de 1 a 5 h. Preferiblemente, el gas inerte en la etapa (3) y la etapa (4) es N<2>o Ar.
Preferiblemente, el tratamiento de carbonización en la etapa (3) y la etapa (4) tiene una temperatura de 600 a 1.100 °C, una velocidad de calentamiento de 1 a 10 °C/min, y un tiempo de carbonización de 1 a 5 h.
Preferiblemente, la solución ácida en la etapa (4) es una de ácido sulfúrico, ácido clorhídrico o ácido nítrico, y la solución ácida tiene una concentración de 0,5 a 3 moles/l.
Preferiblemente, el secado en la etapa (4) tiene una temperatura de 50 a 100 °C y un tiempo de secado de 2 a 24 h.
Se proporciona un catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho, que se prepara mediante el método de preparación; en donde el catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho incluye grafito con poros y estructura suelta, un metal de transición dentro del grafito y una fuente de nitrógeno en la superficie de grafito; el metal de transición es al menos uno de Fe, Co, Mn o Ni.
Preferiblemente, el catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho tiene un área superficial de 517,13 a 700 m2 g-1 y un tamaño de partícula de 4 a 22 gm.
Se proporciona una celda de combustible, que incluye el catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho.
Efectos beneficiosos
(1) La presente solicitud adopta partículas de grafito generadas en el proceso de reciclaje de baterías de iones de litio de desecho como materia prima, que tiene amplias fuentes y bajo coste, y puede reducir la contaminación ambiental y tiene buenos beneficios económicos.
(2) La presente solicitud tiene un proceso de preparación simple, un funcionamiento conveniente y un alto valor de producto, y puede aplicarse a la producción en masa de celdas de combustible.
(3) El catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho preparado en la presente solicitud tiene una actividad catalítica muy alta. La presente solicitud adopta creativamente electrodos negativos de grafito de desecho como materia prima, y el grafito de desecho contiene una pequeña cantidad de plástico de batería, separadores, impurezas orgánicas e impurezas metálicas; en el proceso de preparación del catalizador de reducción de oxígeno usando grafito de electrodos negativos de baterías de desecho, después de eliminar el plástico, separadores e impurezas orgánicas, las impurezas metálicas restantes son metales de transición con actividad catalítica, tales como Fe, Co, Mn y Ni, que pueden mejorar el rendimiento catalítico del catalizador; el tratamiento de carbonización permite que el nitrógeno y el metal dopados en el precursor de catalizador cargados uniformemente en el portador de carbono, de modo que el catalizador pueda poseer actividad catalítica; con el tratamiento ácido, los componentes sin actividad de reducción de oxígeno pueden eliminarse eficazmente del producto, y el tratamiento de carbonización posterior puede reparar los sitios activos y mejorar la actividad del catalizador; por tanto, el catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho tiene un potencial inicial de 0,85 a 0,90 V (frente a RHE), un potencial de media onda de 0,65 a 0,83 V (frente a RHE) y una densidad de corriente límite de 4,52 a 6,42 mA/cm2, lo que presenta el rendimiento catalítico comparable del catalizador de Pt/C.Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 es una imagen SEM del catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho en el Ejemplo 1 de la presente solicitud;
La FIG. 2 es un espectro XPS de alta resolución de N1s del catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho en el Ejemplo 1 de la presente solicitud;
La FIG. 3 son curvas de polarización del catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho en el Ejemplo 1 de la presente solicitud en una solución de KOH 0,1 M saturada con oxígeno a diferentes velocidades de rotación;
La FIG. 4 son curvas voltamétricas cíclicas del catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho en el Ejemplo 1 de la presente solicitud en una solución de KOH 0,1 M saturada con oxígeno.
La FIG. 5 son curvas de polarización de reducción de oxígeno de los catalizadores preparados en el Ejemplo 1 y el Ejemplo Comparativo 1 de la presente solicitud en una solución de KOH 0,1 M saturada con oxígeno.
Descripción detallada
Con el fin de hacer que las soluciones técnicas de la presente solicitud sean más claras para los expertos en la técnica, las realizaciones a continuación se describen para explicación. Debe observarse que las realizaciones a continuación no tienen limitación en el alcance de protección reivindicado por la presente solicitud. A menos que se especifique lo contrario, las materias primas, reactivos o dispositivos usados en las realizaciones a continuación se pueden obtener a partir de canales comerciales convencionales, o se pueden obtener mediante los métodos existentes.
Ejemplo 1
En este ejemplo, un método de preparación para un catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho incluye las siguientes etapas específicas:
(1) los electrodos negativos de grafito de desecho recogidos se secaron a 65 °C durante 6 h, se trituraron y tamizaron con un tamiz de malla 300, y se eliminaron las impurezas de partículas grandes en los electrodos negativos para obtener partículas de grafito de electrodos negativos;
(2) las partículas de grafito se sometieron a un tratamiento térmico a 400 °C durante 2 h con una velocidad de calentamiento de 3 °C/min en una atmósfera de aire para eliminar las impurezas orgánicas en las partículas de grafito;
(3) se molieron en molino de bolas 4 g de las partículas de grafito tratadas, 5 g de Fe2(SO4)3 y 5 g de melamina y se mezclaron a una velocidad de molienda en molino de bolas de 350 rpm durante 2 h para obtener un precursor de catalizador uniformemente mezclado;
(4) el precursor de catalizador se sometió a tratamiento de carbonización a 900 °C durante 2 h con una velocidad de calentamiento de 5 °C/min en una atmósfera de N<2>para obtener una mezcla a base de carbono que contiene hierro y nitrógeno; y
(5) la mezcla a base de carbono que contiene hierro y nitrógeno se disolvió en una solución de 2 moles/l de H<2>SO<4>, se filtró, se secó a 65 °C durante 12 h, y se sometió a tratamiento de carbonización a 900 °C durante 2 h en una atmósfera de N<2>para obtener el catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho.
Ejemplo 2
En este ejemplo, un método de preparación para un catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho incluye las siguientes etapas:
(1) los electrodos negativos de grafito de desecho recogidos se secaron a 80 °C durante 4 h, se trituraron y tamizaron con un tamiz de malla 400, y se eliminaron las impurezas de partículas grandes en los electrodos negativos para obtener partículas de grafito de electrodos negativos;
(2) las partículas de grafito se sometieron a un tratamiento térmico a 350 °C durante 3 h con una velocidad de calentamiento de 2 °C/min en una atmósfera de aire para eliminar las impurezas orgánicas en las partículas de grafito;
(3) se molieron en molino de bolas 4 g de las partículas de grafito tratadas, 4 g de FeCl3-6H2Ü y 4 g de melamina y se mezclaron a una velocidad de molienda en molino de bolas de 350 rpm durante 2 h para obtener un precursor de catalizador uniformemente mezclado;
(4) el precursor de catalizador se sometió a tratamiento de carbonización a 800 °C durante 3 h con una velocidad de calentamiento de 5 °C/min en una atmósfera de N<2>para obtener una mezcla a base de carbono que contiene hierro y nitrógeno; y
(5) la mezcla a base de carbono que contiene hierro y nitrógeno se disolvió en una solución de 2,5 moles/l de HCl, se filtró, se secó a 80 °C durante 8 h y se sometió a tratamiento de carbonización a 800 °C durante 3 h en una atmósfera de N<2>para obtener el catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho.
Ejemplo 3
En este ejemplo, un método de preparación para un catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho incluye las siguientes etapas:
(1) los electrodos negativos de grafito de desecho recogidos se secaron a 70 °C durante 3 h, se trituraron y tamizaron con un tamiz de malla 200, y se eliminaron las impurezas de partículas grandes en los electrodos negativos para obtener partículas de grafito;
(2) las partículas de grafito se sometieron a un tratamiento térmico a 480 °C durante 2,5 h con una velocidad de calentamiento de 2 °C/min en una atmósfera de aire para eliminar las impurezas orgánicas en las partículas de grafito;
(3) se molieron en molino de bolas 4 g de las partículas de grafito tratadas, 8 g de Fe(NO3)3-9H2O y 5 g de melamina y se mezclaron a una velocidad de molienda en molino de bolas de 450 rpm durante 2,5 h para obtener un precursor de catalizador uniformemente mezclado;
(4) el precursor de catalizador se sometió a tratamiento de carbonización a 1.000 °C durante 1 h con una velocidad de calentamiento de 3 °C/min en una atmósfera de Ar para obtener una mezcla a base de carbono que contiene hierro y nitrógeno; y
(5) la mezcla a base de carbono que contiene hierro y nitrógeno se disolvió en una solución de 1,5 moles/l de HNO<3>, se filtró, se secó a 70 °C durante 10 h, y se sometió a tratamiento de carbonización a 1.000 °C durante 1 h en una atmósfera de Ar para obtener el catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho.
Ejemplo 4
En este ejemplo, un método de preparación para un catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho incluye las siguientes etapas:
(1) los electrodos negativos de grafito de desecho recogidos se secaron a 120 °C durante 2 h, se trituraron y tamizaron con un tamiz de malla 300, y se eliminaron las impurezas de partículas grandes en los electrodos negativos para obtener partículas de grafito;
(2) las partículas de grafito se sometieron a un tratamiento térmico a 360 °C durante 3 h con una velocidad de calentamiento de 2 °C/min en una atmósfera de aire para eliminar las impurezas orgánicas en las partículas de grafito;
(3) se molieron en molino de bolas 4 g de las partículas de grafito tratadas, 10 g de FeCl3-6H2O y 8 g de melamina y se mezclaron a una velocidad de molienda en molino de bolas de 450 rpm durante 2,5 h para obtener un precursor de catalizador uniformemente mezclado;
(4) el precursor de catalizador se sometió a tratamiento de carbonización a 1.100 °C durante 1 h con una velocidad de calentamiento de 3 °C/min en una atmósfera de Ar para obtener una mezcla a base de carbono que contiene hierro y nitrógeno; y
(5) la mezcla a base de carbono que contiene hierro y nitrógeno se disolvió en una solución de 1,5 moles/l de H<2>SO<4>, se filtró, se secó a 120 °C durante 5 h, y se sometió a tratamiento de carbonización a 1.100 °C durante 1 h en una atmósfera de Ar para obtener el catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho.
Ejemplo 5
En este ejemplo, un método de preparación para un catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho incluye las siguientes etapas:
(1) los electrodos negativos de grafito de desecho recogidos se secaron a 90 °C durante 6 h, se trituraron y tamizaron con un tamiz de malla 400, y se eliminaron las impurezas de partículas grandes en los electrodos negativos para obtener partículas de grafito;
(2) las partículas de grafito se sometieron a un tratamiento térmico a 450 °C durante 4 h con una velocidad de calentamiento de 3 °C/min en una atmósfera de aire para eliminar las impurezas orgánicas en las partículas de grafito;
(3) se molieron en molino de bolas 4 g de las partículas de grafito tratadas, 8 g de Fe(NO3)3-9H2O y 6 g de melamina y se mezclaron a una velocidad de molienda en molino de bolas de 400 rpm durante 4 h para obtener un precursor de catalizador uniformemente mezclado;
(4) el precursor de catalizador se sometió a tratamiento de carbonización a 950 °C durante 3 h con una velocidad de calentamiento de 4 °C/min en una atmósfera de N<2>para obtener una mezcla a base de carbono que contiene hierro y nitrógeno; y
(5) la mezcla a base de carbono que contiene hierro y nitrógeno se disolvió en una solución de 2 moles/l de HCl, se filtró, se secó a 90 °C durante 10 h y se sometió a tratamiento de carbonización a 950 °C durante 3 h en una atmósfera de N<2>para obtener el catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho.
Ejemplo comparativo 1
Un método de preparación para un catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho incluye las siguientes etapas:
(1) se molieron en molino de bolas 4 g de grafito comercial, 5 g de Fe2(SO4)3 y 5 g de melamina y se mezclaron a una velocidad de molienda en molino de bolas de 350 rpm durante 2 h para obtener un precursor de catalizador uniformemente mezclado;
(2) el precursor de catalizador se sometió a tratamiento de carbonización a 900 °C durante 2 h con una velocidad de calentamiento de 5 °C/min en una atmósfera de N<2>para obtener una mezcla a base de carbono que contiene hierro y nitrógeno; y
(3) la mezcla a base de carbono que contiene hierro y nitrógeno se disolvió en una solución de 2 moles/l de H<2>SO<4>, se filtró, se secó a 65 °C durante 12 h, y se sometió a tratamiento de carbonización a 900 °C durante 2 h en una atmósfera de N<2>para obtener el catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho.
Prueba de rendimiento:
Los catalizadores de reducción de oxígeno con base de carbono de grafito de electrodos negativos de baterías de desecho preparados en los ejemplos 1 a 6 se probaron para determinar su rendimiento según los métodos a continuación.
(1) Se añadieron 6 mg del catalizador a 1 ml de solución de etanol y Nafion con una fracción en masa del 5 %, en donde el etanol y Nafion tenían una relación en volumen de 9:1, y la mezcla se sometió a dispersión ultrasónica durante 2 horas. Se transfirieron 20 pl de la solución de catalizador con una pipeta a un electrodo de disco giratorio de un disco giratorio con un diámetro de 5 mm, y se secaron de manera natural al aire.
(2) Se llevó a cabo un ensayo electroquímico en una estación de trabajo electroquímica P3000A-DX, usando el electrodo anterior como electrodo de trabajo, un alambre de platino como contraelectrodo y un electrodo de Ag/AgCl como electrodo de referencia.
(3) El catalizador se ensayó a una velocidad de barrido de 5 m Vs-1 en una solución de KOH 0,1 M para obtener las curvas voltamétricas cíclicas en oxígeno saturado y las curvas de polarización a diferentes velocidades de rotación.
La FIG. 1 es la imagen SEM del catalizador preparado en el Ejemplo 1 de la presente solicitud, la FIG. 2 es el espectro XPS de alta resolución de N1s del catalizador preparado en el Ejemplo 1 de la presente solicitud, la FIG. 3 es las curvas de polarización del catalizador preparado en el Ejemplo 1 de la presente solicitud en una solución de KOH 0,1 M saturada con oxígeno a diferentes velocidades de rotación, la FIG. 4 es las curvas voltamétricas cíclicas del catalizador preparado en el Ejemplo 1 de la presente solicitud en una solución de KOH 0,1 M saturada con oxígeno, y la FIG. 5 es las curvas de polarización de reducción de oxígeno de los catalizadores preparados en el Ejemplo 1 y el Ejemplo Comparativo 1 de la presente solicitud en una solución de KOH 0,1 M saturada con oxígeno. Puede verse en la FIG. 1 que el catalizador preparado en el Ejemplo 1 de la presente solicitud tiene una estructura suelta y poros obvios sobre la superficie del catalizador; puede verse a partir del espectro XPS de la FIG. 2 que el catalizador preparado en el Ejemplo 1 de la presente solicitud contiene un alto contenido de nitrógeno de piridina y nitrógeno de grafito; según el cálculo basado en la ecuación de Koutecky-Levich, el catalizador preparado en el Ejemplo 1 de la presente solicitud reacciona mediante un mecanismo de transferencia de cuatro electrones; puede verse en la FIG. 4 que las curvas voltamétricas cíclicas del catalizador en el Ejemplo 1 tienen un pico de reducción de oxígeno obvio, lo que indica que el catalizador preparado en el Ejemplo 1 tiene una buena actividad catalítica para la reducción de oxígeno; puede observarse en la FIG. 5 que el potencial inicial, el potencial de media onda y la densidad de corriente límite del catalizador preparado en el Ejemplo 1 son todos mejores que los del catalizador preparado en el Ejemplo Comparativo 1, y el potencial inicial puede alcanzar 0,90 V frente a RHE y el potencial de media onda puede alcanzar 0,79 V frente a RHE.
El catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho y el método de preparación para el mismo proporcionado por la presente solicitud se describen en detalle anteriormente en la presente memoria. En esta divulgación, el principio y la implementación de la presente solicitud se describen a través de realizaciones. Las realizaciones se usan simplemente para una mejor comprensión de los métodos y el concepto en la presente solicitud, incluyendo el ejemplo óptimo, y las realizaciones también permiten a los expertos en la técnica llevar a cabo la presente solicitud, incluyendo fabricar y usar cualquier dispositivo o sistema, e implementar cualquier método relacionado.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Un método de preparación de un catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho, que comprende las siguientes etapas:
(1) recoger partículas de grafito de las baterías de desecho, y después realizar un tratamiento térmico sobre las partículas de grafito;
(2) moler en un molino de bolas y mezclar las partículas de grafito tratadas, una sal de hierro y un compuesto orgánico nitrogenado para obtener un precursor de catalizador;
(3) realizar un tratamiento de carbonización del precursor de catalizador en atmósfera inerte para obtener una mezcla a base de carbono que contiene hierro y nitrógeno; y
(4) disolver la mezcla a base de carbono que contiene hierro y nitrógeno en una solución ácida, filtrar y secar la misma, y realizar un tratamiento de carbonización en una atmósfera inerte de nuevo para obtener el catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho.
2. El método de preparación según la reivindicación 1, en donde el tratamiento térmico en la etapa (1) tiene una temperatura de 300 a 600 °C, una velocidad de calentamiento de 1 a 10 °C/min y un tiempo de 0,5 a 3 h.
3. El método de preparación según la reivindicación 1, en donde la sal de hierro en la etapa (2) es una de cloruro férrico, nitrato férrico o sulfato férrico.
4. El método de preparación según la reivindicación 1, en donde el compuesto orgánico nitrogenado en la etapa (2) es al menos uno de melamina, anilina o urea.
5. El método de preparación según la reivindicación 1, en donde las partículas de grafito, la sal de hierro y el compuesto orgánico nitrogenado en la etapa (2) tienen una relación en masa de 1 :(1 -5):(1 -5).
6. El método de preparación según la reivindicación 1, en donde el gas inerte en la etapa (3) y la etapa (4) es N<2>o Ar; el tratamiento de carbonización en la etapa (3) tiene una temperatura de 600 a 1.100 °C, una velocidad de calentamiento de 1 a 10 °C/min, y un tiempo de carbonización de 1 a 5 h.
7. El método de preparación según la reivindicación 1, en donde la solución ácida en la etapa (4) es una de ácido sulfúrico, ácido clorhídrico o ácido nítrico, y la solución ácida tiene una concentración de 0,5 a 3 moles/l.
8. Un catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho, que se prepara mediante el método de preparación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7; en donde el catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho comprende grafito con poros, un metal de transición dentro del grafito y una fuente de nitrógeno en la superficie de grafito; el metal de transición es al menos uno de Fe, Co, Mn o Ni.
9. Una celda de combustible, que comprende el catalizador de reducción de oxígeno que usa grafito de electrodos negativos de baterías de desecho según la reivindicación 8.
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