无碳空气电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了无碳空气电极及其制备方法。其中，该无碳空气电极包括：泡沫金属层；催化层，所述催化层覆盖在所述泡沫金属的至少部分表面上；以及防水层，所述防水层覆盖在所述催化层和所述泡沫金属的表面上，且所述防水层具有透气孔道。该无碳空气电极避免了现有空气电极的催化层中含碳的问题，解决了空气电极的碳化问题，延长了使用寿命，提高了放电效果。

Carbon free air electrode and preparation method thereof

The invention discloses a carbon free air electrode and a preparation method thereof. Among them, the carbon free air electrode comprises a foamed metal layer; the catalyst layer, the catalytic layer covered on the metal foam at least part of the surface; and the waterproof layer, the waterproof layer is covered on the surface of the catalyst layer and the metal foam, and the waterproof layer has a ventilation channel. The carbon free air electrode avoids the problem of carbon containing in the catalytic layer of the existing air electrode, solves the carbonization problem of the air electrode, prolongs the service life and improves the discharge effect.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属燃料电池领域，具体地，涉及无碳空气电极，以及制备无碳空气电极的方法。
技术介绍
现有的空气电极的制备工艺，都是将催化膜，防水膜单独压制好之后与导电集流体压合成空气电极，催化剂制备、催化膜及防水膜的压制工艺繁琐，产量低，制备出的空气电极一致性差；导电碳的使用导致空气电极使用过程中存在严重的碳化问题，影响空气电极的使用寿命。由此，现有的空气电极有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种无碳空气电极，该电极的解决了碳化问题，使用寿命长。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种无碳空气电极。根据本专利技术的实施例，该无碳空气电极包括：泡沫金属层；催化层，所述催化层覆盖在所述泡沫金属层的至少部分表面上；以及防水层，所述防水层覆盖在所述催化层和所述泡沫金属层的表面上，且所述防水层具有透气孔道。根据本专利技术实施例的无碳空气电极，避免了现有空气电极的催化层中含碳的问题，解决了空气电极的碳化问题，延长了使用寿命，提高了放电效果；该催化层与集流体紧密结合，降低空气电极的极化。另外，根据本专利技术上述实施例的无碳空气电极还可以具有如下附加的技术特征：根据本专利技术的实施例，所述催化层是由钴酸镍纳米粒构成的。根据本专利技术的实施例，所述泡沫金属层为选自铜、镍、镍铬铁合金、锌铜合金、镍铜合金、镍铬钨合金和镍铁合金的至少一种构成的。根据本专利技术的实施例，所述催化层与所述泡沫金属层的质量比为0.1-10：100。根据本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种制备前述空气电极的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：在泡沫金属的至少部分表面形成催化层；将表面形成所述催化层的泡沫金属与防水透气膜进行压合处理，在所述催化层和所述泡沫金属的表面上形成防水层，以便得到空气电极中间体；以及将所述空气电极中间体进行焙烧处理，以便得到空气电极。根据本专利技术实施例的方法，制备得到的空气电极不含碳，避免了现有空气电极的催化层中含碳的问题，解决了空气电极的碳化问题，延长了使用寿命，提高了放电效果。另外，根据本专利技术上述实施例的制备前述空气电极的方法还可以具有如下附加的技术特征：根据本专利技术的实施例，利用水热合成法在所述泡沫金属的至少部分表面形成所述催化层。根据本专利技术的实施例，在所述泡沫金属的至少部分表面形成所述催化层的步骤包括：配置水热反应液；将泡沫金属进行清洁处理，以便得到清洁后的泡沫金属；以及将所述水热反应液和所述清洁后的泡沫金属置于水热反应釜中进行水热反应，以便在所述泡沫金属的至少部分表面形成所述催化层。根据本专利技术的实施例，所述水热反应液含有硝酸钴、硝酸镍、尿素、乙醇和分散剂。根据本专利技术的实施例，所述硝酸钴的浓度为5-20g/L，所述硝酸镍的浓度为30-60g/L。所述尿素的浓度为5-20g/L，所述乙醇的浓度为5-10g/L，所述分散剂的浓度为1-10g/L。根据本专利技术的实施例，所述水热反应的反应温度为90-300℃，反应时间为2-24小时。根据本专利技术的实施例，所述压合处理的压力为10-20MPa，保压时间为0.5-5分钟。根据本专利技术的实施例，所述焙烧处理的温度为200-350℃，时间为1-4小时。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1显示了根据本专利技术一个实施例的无碳空气电极的结构示意图；图2显示了根据本专利技术一个实施例的制备空气电极的方法的流程示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术而不是要求本专利技术必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。进一步地，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种无碳空气电极。参考图1，根据本专利技术的实施例，对该无碳空气电极进行解释说明。该无碳空气电极包括：泡沫金属层2、催化层3和防水层1。下面逐一对该无碳空气电极的各组成部分进行解释说明，具体如下：泡沫金属层2：根据本专利技术的实施例，泡沫金属层作为集流体导出电流。由于泡沫金属具有密度小，比表面积大，导电性能良好的优点，由此，集流体的性能更佳。根据本专利技术的实施例，泡沫金属层2为选自铜、镍、镍铬铁合金、锌铜合金、镍铜合金、镍铬钨合金和镍铁合金的至少一种构成的。上述泡沫金属的比表面积大，而比表面积很大的泡沫金属一方面能够为银粒子催化剂提供足够的附着面使得银粒子能够均匀低沉积在泡沫金属的表面，获得更好的催化活性，另一方面能够将放电产生的电流传输出去。催化层3：根据本专利技术的实施例，催化层3覆盖在泡沫金属层2的至少部分表面上，利用催化层降低空气电极氧化还原的化学极化。根据本专利技术的实施例，催化层3与泡沫金属层2的质量比为0.1-10：100。由此，催化层均匀分布在泡沫金属表面，催化反应产生的电流通过泡沫金属传导。根据本专利技术的实施例，催化层是由钴酸镍纳米粒构成的。由此，催化颗粒分布均匀，比表面积大，催化活性好，与泡沫金属结合紧密，电子传导速度快，耐腐蚀性强。专利技术人发现，钴酸镍纳米粒的粒径越小，比表面积越大，催化活性越好。但如果钴酸镍纳米粒的粒径过小，其制备工艺难度大，成本高，当钴酸镍纳米粒的粒径为100-1000nm时，制备工艺相对简单，并且比表面积大，催化活性好，空气电极的电导率大，经济效益高。防水层1：根据本专利技术的实施例，防水层1覆盖在催化层2和泡沫金属层2的表面上，且防水层1具有透气孔道4，使空气经透气孔道4进入电解液，并防止电池中的电解液渗漏出来。根据本专利技术的一些实施例，透气孔道4的直径为5-30nm。由此，空气可以从该孔道进入电解液，而水的粒径较大，无法经透气孔道渗漏出来。根据本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种制备前述空气电极的方法。参考图2，根据本专利技术的实施例，对制备前述空气电极的方法进行解释说明，该方法包括：S100形成催化层根据本专利技术的实施例，在泡沫金属的至少部分表面形成催化层。无需将催化层单独压制好后，再包覆在泡沫金属的表面，直接通过一步法在泡沫金属表面形成催化层，步骤简单，易于工业化生产。根据本专利技术的实施例，利用水热合成法在泡沫金属的至少部分表面形成催化层。由此，采用水热合成法将催化剂直接生长在泡沫金属的基体上，无需将催化层单独压制好后，再包覆在泡沫金属的表面，步骤简单，易于工业化生产，并且产品的一致性好，并且，在表面形成的催化剂颗粒的粒度细小、比表面积大，催化活性高。根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无碳空气电极，其特征在于，包括：泡沫金属层；催化层，所述催化层覆盖在所述泡沫金属层的至少部分表面上；以及防水层，所述防水层覆盖在所述催化层和所述泡沫金属层的表面上，且所述防水层具有透气孔道。

【技术特征摘要】
1.一种无碳空气电极，其特征在于，包括：泡沫金属层；催化层，所述催化层覆盖在所述泡沫金属层的至少部分表面上；以及防水层，所述防水层覆盖在所述催化层和所述泡沫金属层的表面上，且所述防水层具有透气孔道。2.根据权利要求1所述的空气电极，其特征在于，所述催化层是由钴酸镍纳米粒构成的。3.根据权利要求1所述的空气电极，其特征在于，所述泡沫金属层为选自铜、镍、镍铬铁合金、锌铜合金、镍铜合金、镍铬钨合金和镍铁合金的至少一种构成的。4.根据权利要求1所述的空气电极，其特征在于，所述催化层与所述泡沫金属层的质量比为0.1-10：100。5.一种制备权利要求1-4任一项所述空气电极的方法，其特征在于，包括：在泡沫金属的至少部分表面形成催化层；将表面形成所述催化层的泡沫金属进行焙烧处理，以便得到电极中间体；以及将所述电极中间体与防水透气膜进行压合处理，在所述催化层和所述泡沫金属的表面上形成防水层，以便得到空气电极。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，利用水热合成法在所述泡沫金...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔涛，汪云华，和晓才，周燕，施学金，张战胜，祁云一，刘艳，
申请(专利权)人：云南冶金集团创能金属燃料电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53