一种石墨烯表面包附的金属空气电池负极(Mg、Al、Zn、Fe)微纳米材料的机械粉碎方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯表面包附的金属空气电池负极(Mg、Al、Zn、Fe)微纳米材料的机械粉碎方法，本发明专利技术采用机械粉碎方法来制备金属空气电池的负极材料，该方法成本低、条件可控、结构控制容易、产品纯度高等优点；所制备负极材料为柿子状结构，其由50～80nm颗粒组装的柿子状微米Mg、Al、Zn、Fe材料；石墨烯表面包附的金属空气电池负极(Mg、Al、Zn、Fe)微纳米材料的特点是该材料显著提高了负极微纳米材料的电导率，利于提升纳米材料的防腐性能，有效降低了材料的电极极化，从而为提升金属空气电池的综合电化学性能典型良好的技术基础和实践经验。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术公开了一种石墨烯表面包附的金属空气电池负极(Mg、Al、Zn、Fe)微纳米材料的机械粉碎方法，属于金属空气电池负极纳米材料制备

技术介绍
：新型化学电源中，金属空气电池是利用Li、Mg、Al、Zn或Fe等高活性金属为负极，而大气中氧气为正极材料的电池体系，拥有安全稳定、放电电流密度高、能量密度高等特点，而受到军用和民用两方面的广泛应用。但该体系尚存的关键科学问题之一是：负极关键材料的使用率低、放电过程中容易钝化、电极极化大的问题。因此，负极电极材料的小尺寸化和电导率的提高是提高金属空气电池负极利用率的重要途径。对于金属空气电池负极(Mg，Al，Zn，Fe)材料而言，常用的合成方法有球磨法(ZaluskaA，ZaluskiL，-OlsenJO.Structure，catalysisandatomicreactionsonthenano-scale：asystematicapproachtometalhydridesforhydrogenstorage.ApplPhysA2001；72(2)：157-65)、气相沉积法(LiWY，LiCS，ZhouCY，MaH，ChenJ.Metallicmagnesiumnano/mesoscalestructures：theirshape-controlledpreparationandMg/airnatteryapplications.AngewChemIntEd2006；45：6009-12.LiWY，LiCS，MaH，ChenJ.Magnesiumnanowires：enhancedkineticsforhydrogenabsorptionanddesorption.JAmChemSoc2007；129：6710-11.ZhangK，RossiC，TenailleauC，AlphonseP.Alignedthree-dimensionalprismlikemagnesiumnanostructuresrealizedontosiliconsubstrate.ApplPhysLett2008；92(6)：063123.ZhuCY，HosokaiS，MatsumotoI，AkiyamaT.Shape-controlledgrowthofMgH2/Mgnano/microstructuresviahydridingchemicalvapordeposition.CrystGrowthDes2010；10(12)：5123-8.HuJQ，ChenZG，WangN，SongYL，JiangH，SunYG.Largescaledhexagonalprismaticsub-microsizedMgcrystalsbyavapor-liquid-solidprocess.ChemCommun2009；30：4503-5.)、物理溅射法(KooiBJ，PalasantzasG，DeHossonJTM.Gas-phasesynthesisofmagnesiumnanoparticles：Ahigh-resolutiontransmissionelectronmicroscopystudy.ApplPhysLett2006；89(16)：161914.XinGB，WangXJ，WangCY，ZhengJ，LiXG.PorousMgthinfilmsforMg-airbatteries.DaltonTrans2013；42：16693-6.)、化学沉积法(ZhangYK，LiaoSJ，FanYH，XuJ，WangFD.Chemicalreactivitiesofmagnesiumnanopowders.JNanopartRes2001；3(1)：23-26.)、电化学方法(Aguey-ZinsouKF，Ares-FernándezJR.Synthesisofcolloidalmagnesium：Anearroomtemperaturestoreforhydrogen.ChemMater2008；20(2)：376-8.HaasI，GedankenA.Synthesisofmetallicmagnesiumnanoparticlesbysonoelectrochemistry.ChemCommun2008；15：1795-7.ChengG，XuQ，ZhaoX，DingF，ZhangJ，LiuXJ，etal.Electrochemicaldischargingperformanceof3Dporousmagnesiumelectrodeinorganicelectrolyte.TransNonferrousMetSocChina2013；23：1367-74.)等。但是常规微纳米材料的合成方法的不足是产量小、且可重复性差。可见，Mg、Al、Zn、Fe的低成本、批量微纳米化及高导电率表面包附仍然存在巨大挑战。因此，为了解决尚存的关键科学问题，本专利技术专利提供一种石墨烯表面包附的金属空气电池负极(Mg、Al、Zn、Fe)微纳米材料的机械粉碎方法，借助机械粉碎法来制备柿子状的Mg、Al、Zn、Fe微纳米结构，经过包附高比表面积的石墨烯后，在不降低体积密度的前提下，显著提高了负极微纳米材料的电导率，有利于提升纳米材料的防腐性能，有效降低了材料的电极极化；为提升金属空气电池的综合电化学性能典型良好的技术基础和实践经验。
技术实现思路
：针对金属空气电池中负极关键材料(Li、Mg、Al、Zn或Fe)的使用率低、放电过程中容易钝化、电极极化大的问题。本专利技术提供一种石墨烯表面包附的金属空气电池负极(Mg、Al、Zn、Fe)微纳米材料的机械粉碎方法，其充分发挥机械粉碎法来制备柿子状的Mg、Al、Zn、Fe微纳米结构，再在表面包附高导电率的石墨烯材料。该工艺条件的优点是提高负极微纳米材料的电导率、防腐性能，并降低电极极化、提高金属空气电池的综合电化学性能。【本专利技术的技术方案】：本专利技术专利提供一种石墨烯表面包附的金属空气电池负极(Mg、Al、Zn、Fe)微纳米材料的机械粉碎方法，其以商业微米级Mg、Al、Zn、Fe粉末材料为起始原料，利用机械粉碎法对材料进行打磨成结构规整的柿子状材料，再继续添加石墨烯粉末进行原位打磨，便可制备高电导率、形貌规整、低成本的纳米组装的金属空气电池负极材料，通过如下技术方案实现：第一、在室温下取高纯度为99.9％的Mg、Al、Zn、Fe粉末中的一种、两种、或两种以上的任意组合50克，将上述负极材料转移到无水无氧手套箱中，其中手套箱中水氧指标均小于1ppm；第二、将上述放到机械打磨粉碎机中，机械打磨粉碎机器的总体积为500mL，调整转速为10～29000转/分钟，打磨功率为500～1200W，机械打磨罐的有冷却水循环系统，并保持打磨罐的温度保持在25摄氏度；设置打磨时间为1～50分钟；便可得到由70～150nm颗粒组装的直径15微米、厚度1.5～5.0微米柿子状微米Mg、Al、Zn、Fe材料；第三、打开打磨罐，向第二步骤已经打磨纳米材料加入0.1～0.5克的石墨烯粉体材料，其中石墨烯粉体材料的片层厚度为5～10nm，比表面积为100～1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯表面包附的金属空气电池负极Mg、Al、Zn、Fe微纳米材料的机械粉碎方法，其以微米级Mg、Al、Zn、Fe粉末材料为起始原料，利用机械粉碎法对材料进行打磨成结构规整的柿子状材料，再继续添加石墨烯粉末进行原位打磨，便可制备高电导率、形貌规整、低成本的纳米组装的金属空气电池负极材料，通过如下技术方案实现：第一、在室温下取高纯度为99.9％的Mg、Al、Zn、Fe粉末中的一种、两种、或两种以上的任意组合50克，将上述负极材料转移到无水无氧手套箱中，其中手套箱中水氧指标均小于1ppm；第二、将上述放到机械打磨粉碎机中，机械打磨粉碎机器的总体积为500mL，调整转速为10～29000转/分钟，打磨功率为500～1200W，机械打磨罐的有冷却水循环系统，并保持打磨罐的温度保持在25摄氏度；设置打磨时间为1～50分钟；便可得到由70～150nm颗粒组装的直径15微米、厚度1.5～5.0微米柿子状微米Mg、Al、Zn、Fe材料；第三、打开打磨罐，向第二步骤已经打磨纳米材料加入0.1～0.5克的石墨烯粉体材料，其中石墨烯粉体材料的片层厚度为5～10nm，比表面积为100～1800m2g‑1；继续调整转速为10～29000转/分钟，打磨功率为500～1200W，设置打磨时间为1～15分钟；即可得到一种石墨烯表面包附的金属空气电池负极(Mg、Al、Zn、Fe)微纳米材料；第四、第三步骤所得到的石墨烯表面包附的金属空气电池负极Mg、Al、Zn、Fe纳米柿子状材料，组装到金属空气电池中，获得了良好的技术效果。...

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯表面包附的金属空气电池负极Mg、Al、Zn、Fe微纳米材料的机械粉碎方法，其以微米级Mg、Al、Zn、Fe粉末材料为起始原料，利用机械粉碎法对材料进行打磨成结构规整的柿子状材料，再继续添加石墨烯粉末进行原位打磨，便可制备高电导率、形貌规整、低成本的纳米组装的金属空气电池负极材料，通过如下技术方案实现：第一、在室温下取高纯度为99.9％的Mg、Al、Zn、Fe粉末中的一种、两种、或两种以上的任意组合50克，将上述负极材料转移到无水无氧手套箱中，其中手套箱中水氧指标均小于1ppm；第二、将上述放到机械打磨粉碎机中，机械打磨粉碎机器的总体积为500mL，调整转速为10～29000转/分钟，打磨功率为500～1200W，机械打磨罐的有冷却水循环...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春生，孙嬿，王莉娜，马雪刚，冯佳，王通，毛晓亮，
申请(专利权)人：华北理工大学，
类型：发明
国别省市：河北;13