一种钠-二氧化碳电池用工作电极及其制备方法

摘要

本申请涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种钠‑二氧化碳电池用工作电极及其制备方法；所述工作电极包括基底和负载在基底上的催化剂，以质量分数计，催化剂的原料包括：钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料、粘结剂和分散剂；其中，钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料和粘结剂的质量之比为85～95:15～5，钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料和分散剂的质量体积之比为5～19:1；由于引入的碳纳米材料还具有极好的导电性，因此配合基底的导电性还可以显著降低工作电极工作时的充电电压并提高放电时的放电电压，以此降低工作电极的极化电压，从而可以提高包含该工作电极的电池性能和电池循环寿命。

权利要求

1.一种钠‑二氧化碳电池用工作电极，其特征在于，所述钠‑二氧化碳电池中的电解质为液体电解质，所述工作电极包括基底和负载在所述基底上的催化剂，以质量分数计，所述催化剂的原料包括：钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料、粘结剂和分散剂；

其中，所述钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料和所述粘结剂的质量之比为85～95:15～

5，所述钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料和所述分散剂的质量体积之比为5～19:1，所述钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料中钌纳米颗粒与碳纳米材料的质量之比为1:1～2，所述钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料的制备方法包括于有机溶剂加入钌盐，并进行搅拌，后加入多壁碳纳米材料，并进行搅拌，得到混合溶液；对所述混合溶液进行高温反应，并进行冷却和洗涤，后进行真空干燥，得到钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料，所述真空干燥包括保温段和加热段；其中，所述高温反应的温度为150℃～200℃；

所述保温段的温度为75℃～85℃，所述保温段的时间为4h～6h；

所述加热段的温度为175℃～185℃，所述加热段的时间为10h～14h。

2.根据权利要求1所述的工作电极，其特征在于，所述碳纳米材料包括碳纳米管、石墨烯和碳纳米片中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的工作电极，其特征在于，所述基底包括片状碳材料或金属泡沫材料。

4.根据权利要求3所述的工作电极，其特征在于，所述片状碳材料包括碳纸、碳布和碳毡中的至少一种。

5.根据权利要求3所述的工作电极，其特征在于，所述金属泡沫材料包括泡沫镍和/或泡沫铁。

6.根据权利要求1所述的工作电极，其特征在于，所述粘结剂包括聚偏二氟乙烯。

7.根据权利要求1所述的工作电极，其特征在于，所述分散剂包括N‑甲基吡咯烷酮。

8.一种制备如权利要求1‑7中任一项所述的钠‑二氧化碳电池用工作电极的方法，其特征在于，所述方法包括：于有机溶剂加入钌盐，并进行搅拌，后加入多壁碳纳米材料，并进行搅拌，得到混合溶液；

对所述混合溶液进行高温反应，并进行冷却和洗涤，后进行真空干燥，得到钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料；其中，所述高温反应的温度为150℃～200℃；

分别向分散剂中加入所述钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料和粘结剂，并进行搅拌，得到催化剂浆料；

在基底的表面涂布所述催化剂浆料，后进行干燥，得到工作电极。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述钌盐包括氯化钌、硝酸钌、氧化钌和碳酸钌中的至少一种。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述高温反应的温度为150℃～200℃，所述高温反应的时间≥3h。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述干燥包括鼓风干燥和高温干燥；

所述鼓风干燥的温度为75℃～85℃，所述鼓风干燥的时间为2h～4h；

所述高温干燥的温度为105℃～115℃，所述高温干燥的时间为8h～12h。

说明书

一种钠‑二氧化碳电池用工作电极及其制备方法

技术领域

[0001] 本申请涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种钠‑二氧化碳电池用工作电极及其制备方法。

背景技术

[0002] 钠‑二氧化碳电池是以二氧化碳为正极气体、并采用催化正极催化二氧化碳反应产生电能的一种新型的能源存储和转换装置，电池的反应为：

[0003]

[0004] 由于钠‑二氧化碳电池优良的能源存储特性，在太空探索（火星、金星的大气中含有丰富的二氧化碳含量）、工业尾气处理等领域有着广阔的应用潜力。然而，当前正极相关的催化材料并不多，其中由于碳基钌类催化剂所具有优异的催化活性和电化学性能而得到了广泛的认可。

[0005] 但是目前碳基催化剂的催化活性较差，且整体电池的极化电压过大，降了电池的整体性能和循环寿命，因此如何提供一种钠‑二氧化碳电池用工作电极，以具备高催化活性的同时还能降低电池的极化电压，是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

[0006] 本申请提供了一种钠‑二氧化碳电池用工作电极及其制备方法，以解决现有技术中钠‑二氧化碳电池中工作电极的催化活性较差且工作电极的极化电压过高而降低了电池整体性能和循环寿命的技术问题。

[0007] 第一方面，本申请提供了一种钠‑二氧化碳电池用工作电极，所述工作电极包括基底和负载在所述基底上的催化剂，以质量分数计，所述催化剂的原料包括：钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料、粘结剂和分散剂；

[0008] 其中，所述钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料和所述粘结剂的质量之比为85～95:15～5，所述钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料和所述分散剂的质量体积之比为5～19:1。

[0009] 可选的，所述钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料中钌纳米颗粒与碳纳米材料的质量之比为1:1～2。

[0010] 可选的，所述碳纳米材料包括碳纳米管、石墨烯和碳纳米片中的至少一种。

[0011] 可选的，所述基底包括片状碳材料或金属泡沫材料。

[0012] 可选的，所述片状碳材料包括碳纸、碳布和碳毡中的至少一种。

[0013] 可选的，所述金属泡沫材料包括泡沫镍和/或泡沫铁。

[0014] 可选的，所述粘结剂包括聚偏二氟乙烯。

[0015] 可选的，所述分散剂包括N‑甲基吡咯烷酮。

[0016] 第二方面，本申请提供了一种制备第一方面所述的工作电极的方法，所述方法包括：

[0017] 于有机溶剂加入钌盐，并进行搅拌，后加入多壁碳纳米材料，并进行搅拌，得到混合溶液；

[0018] 对所述混合溶液进行高温反应，并进行冷却和洗涤，后进行真空干燥，得到钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料；

[0019] 分别向分散剂中加入所述钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料和粘结剂，并进行搅拌，得到催化剂浆料；

[0020] 在基底的表面涂布所述催化剂浆料，后进行干燥，得到工作电极。

[0021] 可选的，所述钌盐包括氯化钌、硝酸钌、氧化钌和碳酸钌中的至少一种。

[0022] 可选的，所述高温反应的温度为150℃～200℃，所述高温反应的时间≥3h。

[0023] 可选的，所述真空干燥包括保温段和加热段；

[0024] 所述保温段的温度为75℃～85℃，所述保温段的时间为4h～6h；

[0025] 所述加热段的温度为175℃～185℃，所述加热段的时间为10h～14h。

[0026] 可选的，所述干燥包括鼓风干燥和高温干燥；

[0027] 所述鼓风干燥的温度为75℃～85℃，所述鼓风干燥的时间为2h～4h；

[0028] 所述高温干燥的温度为105℃～115℃，所述高温干燥的时间为8h～12h。

[0029] 本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

[0030] 本申请实施例提供的一种钠‑二氧化碳电池用工作电极，通过在工作电极中引入包括钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料的催化剂，利用多壁碳纳米材料负载单质钌作为催化剂，一方面多壁碳纳米材料具有良好的孔隙结构，可以使得工作电极在正常工作阶段分散二氧化碳，使得二氧化碳可以与单质钌充分接触，另一方面多壁碳纳米材料的多孔结构可以容纳足够数量的单质钌，因此可以提高单位时间内单质钌的催化活性，同时控制该钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料和粘结剂的具体质量之比，以及该钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料和分散剂的质量体积比，可以使得该钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料均匀分散并固定在基底表面，由于引入的碳纳米材料还具有一定导电性，因此配合基底的导电性还可以显著降低工作电极工作时的充电电压并提高放电时的放电电压，以此降低工作电极的极化电压，从而可以提高包含该工作电极的电池性能和电池循环寿命。

附图说明

[0031] 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

[0032] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0033] 图1为本申请实施例提供的钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料的透射电子显微镜示意图；

[0034] 图2为本申请实施例提供的一种制备所述工作电极的方法流程示意图；

[0035] 图3为本申请实施例提供的钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米管和多壁碳纳米管的X射线衍射图谱对比示意图；

[0036] 图4为本申请实施例提供的钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料的扫描电子显微镜示意图；

[0037] 图5为本申请实施例提供的钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料的元素分布示意图；

[0038] 图6为本申请实施例提供的钠‑二氧化碳电池的实际应用示意图；

[0039] 图7为本申请实施例提供的钠‑二氧化碳电池的循环性能示意图；

[0040] 图8为本申请实施例提供的在放电容量7730mAh·g‑1的完全充放电性能曲线示意图。

具体实施方式

[0041] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0042] 除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

[0043] 如图1所示，本申请实施例提供一种钠‑二氧化碳电池用工作电极，所述工作电极包括基底和负载在所述基底上的催化剂，以质量分数计，所述催化剂的原料包括：钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料、粘结剂和分散剂；

[0044] 其中，所述钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料和所述粘结剂的质量之比为85～95:15～5，所述钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料和所述分散剂的质量体积之比为5～19:1。

[0045] 本申请实施例中，控制钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料和粘结剂的具体质量之比，再控制钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料和分散剂的具体质量体积之比，可以利用粘结剂使得钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料同基底的表现粘接牢固，同时分散剂可以使得钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料均匀分散到基底表面，进而均匀的提高基底的导电性和催化活性。

[0046] 该质量之比可以是85:15，也可以是86:14，也可以是87:13，也可以是88:12，也可以是89:11，也可以是90:10，也可以是91:9，也可以是92:8，也可以是93:7，也可以是94:6，也可以是95:5。

[0047] 该质量体积之比可以是5:1，也可以是7:1，也可以是9:1，也可以是11:1，也可以是13:1，也可以是15:1，也可以是17:1，也可以是19:1。

[0048] 在一些可选的实施方式中，所述钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料中钌纳米颗粒与碳纳米材料的质量之比为1:1～2。

[0049] 本申请实施例中，控制钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料中钌纳米颗粒和碳纳米材料的具体质量之比，可以使得多壁碳纳米材料能负载足够多的单质钌，以此有效提高工作电极的催化活性。

[0050] 该质量之比可以是1:1，也可以是1:1.1，也可以是1:1.2，也可以是1:1.3，也可以是1:1.4，也可以是1:1.5，也可以是1:1.6，也可以是1:1.7，也可以是1:1.8，也可以是1:1.9，也可以是1:2。

[0051] 在一些可选的实施方式中，所述碳纳米材料包括碳纳米管、石墨烯和碳纳米片中的至少一种。

[0052] 在一些可选的实施方式中，所述基底包括片状碳材料或金属泡沫材料。

[0053] 本申请实施例中，控制碳纳米材料的具体种类，可以利用纳米管、石墨烯和碳纳米片这些多孔隙结构且比表面积的碳纳米材料有效的负载足够多的单质钌，以此有效提高工作电极的催化活性。

[0054] 限定基底材料采用片状碳材料或金属泡沫材料这些软性材料，可以最终制备得到柔性电池产品，方便最终钠‑二氧化碳电池的使用。

[0055] 在一些可选的实施方式中，所述片状碳材料包括碳纸、碳布和碳毡中的至少一种。

[0056] 在一些可选的实施方式中，所述金属泡沫材料包括泡沫镍和/或泡沫铁。

[0057] 本申请实施例中，控制基底中片状碳材料和金属泡沫材料的具体组成，可以使得制备出的工作电极可以组成柔性电池，方便最终钠‑二氧化碳电池的使用。

[0058] 在一些可选的实施方式中，所述粘结剂包括聚偏二氟乙烯。

[0059] 在一些可选的实施方式中，所述分散剂包括N‑甲基吡咯烷酮。

[0060] 本申请实施例中，控制粘结剂和分散剂的具体种类，可以利用粘结剂使得钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料同基底的表现粘接牢固，同时分散剂可以使得钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料均匀分散到基底表面，进而均匀的提高基底的导电性和催化活性。

[0061] 如图2所示，基于一个总的发明构思，本申请实施例提供了一种制备所述工作电极的方法，所述方法包括：

[0062] S1.于有机溶剂加入钌盐，并进行搅拌，后加入多壁碳纳米材料，并进行搅拌，得到混合溶液；

[0063] S2.对所述混合溶液进行高温反应，并进行冷却和洗涤，后进行真空干燥，得到钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料；

[0064] S3.分别向分散剂中加入所述钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料和粘结剂，并进行搅拌，得到催化剂浆料；

[0065] S4.在基底的表面涂布所述催化剂浆料，后进行干燥，得到工作电极。

[0066] 本申请实施例中，采用钌盐和多壁碳纳米材料作为原料，再利用溶剂热法制备钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料，最后利用粘结剂和分散剂使得钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料可以稳定粘附在基底表面，进而均匀的提高基底的导电性和催化活性。

[0067] 该方法是针对上述工作电极的制备方法，该工作电极的具体组成和原料配比可参照上述实施例，由于该方法采用了上述实施例的部分或全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

[0068] 在一些可选的实施方式中，所述钌盐包括氯化钌、硝酸钌、氧化钌和碳酸钌中的至少一种。

[0069] 本申请实施例中，控制钌盐的具体种类，可以涵盖大部分的钌源并降低溶剂热法的制备成本。

[0070] 在一些可选的实施方式中，所述高温反应的温度为150℃～200℃，所述高温反应的时间≥3h。

[0071] 本申请实施例中，控制高温反应的具体温度和具体时间，可以使得钌盐和多壁碳纳米材料所形成的混合溶液被充分烘干，以此得到钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料的粗样。

[0072] 该高温反应的温度可以是150℃，也可以是160℃，也可以是170℃，也可以是180℃，也可以是190℃，还可以是200℃。

[0073] 在一些可选的实施方式中，所述真空干燥包括保温段和加热段；

[0074] 所述保温段的温度为75℃～85℃，所述保温段的时间为4h～6h；

[0075] 所述加热段的温度为175℃～185℃，所述加热段的时间为10h～14h。

[0076] 本申请实施例中，控制真空干燥的具体保温段温度和保温段时间，可以初步去除钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料粗样中的杂质，从而方便后续得到纯净的钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料。

[0077] 控制真空干燥的具体加热段温度和加热段时间，可以进一步去除钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料粗样中的杂质，从而得到纯净的钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料。

[0078] 该保温段的温度可以是75℃，也可以是76℃，也可以是77℃，也可以是78℃，也可以是79℃，也可以是80℃，也可以是81℃，也可以是82℃，也可以是83℃，也可以是84℃，还可以是85℃。

[0079] 该保温段的时间可以是4h，也可以是4.5h，也可以是5.0h，也可以是5.5h，还可以是6.0h。

[0080] 该加热段的温度可以是175℃，也可以是176℃，也可以是177℃，也可以是178℃，也可以是179℃，也可以是180℃，也可以是181℃，也可以是182℃，也可以是183℃，也可以是184℃，还可以是185℃。

[0081] 该加热段的时间可以是10h，也可以是10.5h，也可以是11.0h，也可以是11.5h，也可以是12.0h，也可以是12.5h，也可以是13.0h，也可以是13.5h，还可以是14.0h。

[0082] 在一些可选的实施方式中，所述干燥包括鼓风干燥和高温干燥；

[0083] 所述鼓风干燥的温度为75℃～85℃，所述鼓风干燥的时间为2h～4h；

[0084] 所述高温干燥的温度为105℃～115℃，所述高温干燥的时间为8h～12h。

[0085] 本申请实施例中，控制干燥中鼓风干燥的具体温度和具体时间，可以通过气流干燥的方式对催化剂浆料进行初步干燥，从而可以后续得到催化剂均匀分布的工作电极产品。

[0086] 控制高温干燥的具体温度和具体时间，可以通过高温干燥的方式对催化剂进一步干燥，从而可以得到催化剂均匀分布的工作电极产品。

[0087] 该鼓风干燥的温度可以是75℃，也可以是76℃，也可以是77℃，也可以是78℃，也可以是79℃，也可以是80℃，也可以是81℃，也可以是82℃，也可以是83℃，也可以是84℃，还可以是85℃。

[0088] 该鼓风干燥的时间可以是2h，也可以是2.5h，也可以是3.0h，也可以是3.5h，还可以是4.0h。

[0089] 该高温干燥的温度可以是105℃，也可以是106℃，也可以是107℃，也可以是108℃，也可以是109℃，也可以是110℃，也可以是111℃，也可以是112℃，也可以是113℃，也可以是114℃，还可以是115℃

[0090] 该高温干燥的时间可以是8h，也可以是8.5h，也可以是9.0h，也可以是9.5h，也可以是10.0h，也可以是10.5h，也可以是11.0h，也可以是11.5h，还可以是12.0h。

[0091] 下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。

[0092] 实施例1

[0093] 一种钠‑二氧化碳电池用工作电极，包括基底和负载在基底上的催化剂，以质量分数计，催化剂的原料包括：钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料、粘结剂和分散剂；

[0094] 其中，钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料和粘结剂的质量之比为85:15，钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料和分散剂的质量体积之比为17g:1L。

[0095] 钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料中钌纳米颗粒与碳纳米材料的质量之比为1:1.6。

[0096] 碳纳米材料为碳纳米管。

[0097] 基底为碳纸。

[0098] 粘结剂为聚偏二氟乙烯。

[0099] 分散剂为N‑甲基吡咯烷酮。

[0100] 一种制备工作电极的方法，包括：

[0101] S1.正极材料的制备：

[0102] Ru‑CNTs催化正极的是通过简单的溶剂热法制备的：将30mg的RuCl3（阿拉丁）溶解在60mL的乙二醇中，搅拌2h后，称取48mg的多壁的碳纳米管（先丰纳米）加入上述溶液中，搅拌30min，得到混合溶液。

[0103] 将混合溶液转移到内衬容量为100 mL的聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，并在170℃的高温烘箱中放置3h，待冷却至室温后，用乙醇多次抽滤析出黑色粉末产物。

[0104] 将产物在真空烘箱中保持在80 ℃下保持5h，然后加热至180℃保持12h，再将获得的黑色粉末进行研磨后备用。

[0105] S2.催化电极的制备：

[0106] 将17mg的Ru‑CNTs和3mg的聚偏二氟乙烯（由1，1‑二氟乙烯聚合而成）（PVDF）加入1mL的N‑甲基吡咯烷酮（NMP）中并搅拌过夜以形成均匀混合的浆液。

[0107] 将20μL浆料涂布在直径为14mm的碳纸上，然后在鼓风干燥箱中在80℃下干燥3 h，在工作正极在110℃下干燥10h。

[0108] 实施例2

[0109] 将实施例2和实施例1进行对比，实施例2和实施例1的区别在于：

[0110] 钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料和粘结剂的质量之比为90:10，钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料和分散剂的质量体积之比为5g:1L。

[0111] 实施例3

[0112] 将实施例3和实施例1进行对比，实施例3和实施例1的区别在于：

[0113] 钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料和粘结剂的质量之比为95:5，钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米材料和分散剂的质量体积之比为19g:1L。

[0114] 实施例4

[0115] 将实施例4和实施例1进行对比，实施例4和实施例1的区别在于：

[0116] 碳纳米材料为石墨烯。

[0117] 基底为碳布。

[0118] 实施例5

[0119] 将实施例5和实施例1进行对比，实施例5和实施例1的区别在于：

[0120] 碳纳米材料为碳纳米片。

[0121] 基底为泡沫镍。

[0122] 实施例6

[0123] 将实施例6和实施例1进行对比，实施例6和实施例1的区别在于：

[0124] 高温反应的温度为150℃，高温反应的时间4h。

[0125] 真空干燥包括保温段和加热段；

[0126] 保温段的温度为75℃，保温段的时间为4h；

[0127] 加热段的温度为175℃，加热段的时间为10h。

[0128] 干燥包括鼓风干燥和高温干燥；

[0129] 鼓风干燥的温度为75℃，鼓风干燥的时间为2h；

[0130] 高温干燥的温度为105℃，高温干燥的时间为8h。

[0131] 实施例7

[0132] 将实施例7和实施例1进行对比，实施例7和实施例1的区别在于：

[0133] 高温反应的温度为200℃。

[0134] 真空干燥包括保温段和加热段；

[0135] 保温段的温度为85℃，保温段的时间为6h；

[0136] 加热段的温度为185℃，加热段的时间为14h。

[0137] 干燥包括鼓风干燥和高温干燥；

[0138] 鼓风干燥的温度为85℃，鼓风干燥的时间为4h；

[0139] 高温干燥的温度为115℃，高温干燥的时间为12h。

[0140] 相关实验及效果数据：

[0141] 对实施例1所得的钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米管和多壁碳纳米管进行X射线衍射，并对照图谱，结果如图3所示。图3自上至下依次示出了使用X射线衍射仪对碳纳米管（CNTs）、制备的Ru‑CNTs测得的X射线衍射图谱，以及编号为06‑0663的金属Ru的X射线衍射的标准卡片。根据Ru‑CNTs的X射线衍射图谱曲线，可以清晰地看出在CNTs的曲线上出现了Ru的衍射峰，这证实所制备的材料为钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米管。

[0142] 对实施例1所得的钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米管进行扫描电子显微镜观察，结果如图4所示。

[0143] 综合分析实施例1所得的钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米管中元素分布，结果如图5所示。

[0144] 电池制备：

[0145] 将实施例1所制备好的工作电极在充满氩气的手套箱中进行组装，并使用型号为CR2032的电池壳，其正极壳是规则带孔的，组装顺序为负极壳、垫片、金属钠片、玻璃纤维滤纸、一定量的电解液、催化正极、弹片，之后为带孔的正极壳。随后将电池使用封口机封装。

[0146] 电池的测试：

[0147] 在手套箱中，将制备的电池装在瓶子里，组成如图6所示的装置，之后将瓶子从手套箱中取出，然后将瓶子内的氩气气氛置换成纯CO2气体，之后用蓝电充放电仪做恒流充放电测试。

[0148] 测试的电流根据金属钌的质量计算，截止电压为充电到4.5V，放电电压为截止电‑1压为2V，进行循环测试。如图7所示，在电流密度为200mA·g ，充放电截止容量为5000mAh·‑1
g ，从第一个循环（1st）到第20个循环（20th）电池的放电电压依然很稳定，充电电压没有明显的上升，这证实制备的Na‑CO2电池具有良好的循环性能，且反应过程中结构稳定。当循环次数达到120次（120th），充电电压仍旧低于4.5V，放电电压高于2V，这表明制备的电极对降‑1
低电压极化效果明显。结合图8所示，同时测试在电流密度为200mA·g 时，完全放电比容量‑1
为7730mAh·g ，远高于目前的锂离子电池材料，是磷酸铁锂正极材料理论放电容量的45倍。此外，放电电压稳定，放电平台大于2.2V。

[0149] 由图7和图8可知，本申请实施例提供的一种钠‑二氧化碳电池用工作电极，能够显著降低充电电压，提高放电电压从而降低了极化电压，其制备出的电池具有优异的充放电性能以及良好的循环性能。

[0150] 本申请实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：

[0151] （1）本申请实施例提供的一种钠‑二氧化碳电池用工作电极，所制备得到的钠‑二氧化碳电池可以在固定二氧化碳、将二氧化碳用于储能、供能等领域可以做到一举多得。

[0152] （2）本申请实施例提供的一种钠‑二氧化碳电池用工作电极，所制备得到的钠‑二氧化碳电池，由于钠金属和二氧化碳的使用成本较低，有利于大规模推广。

[0153] 本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。

[0154] 在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项（个）或复数项（个）的任意组合。例如，“ a,b,或c中的至少一项（个）”，或，“a,b,和c中的至少一项（个）”，均可以表示：a, b, c, a‑b（即a和b）, a‑c, b‑c, 或a‑b‑c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。

[0155] 以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。