空气电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了空气电极及其制备方法。其中，该空气电极包括：泡沫金属；金属集流层，所述金属集流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金属集流层和所述泡沫金属的表面上，且所述防水层具有透气孔道。该空气电极在泡沫金属表面直接覆盖金属集流层，不同于传统的防水层‑集流体‑催化层的空气电极结构，金属集流层兼具了集流体和催化层二者的功能，结构更加简单，并且便于制备和批量生产。同时，该金属集流层具有催化功能，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。

Air electrode and preparation method thereof

The invention discloses an air electrode and a preparation method thereof. Among them, including the air electrode: metal foam; metal collector layer, wherein the metal collecting layer covered on the metal foam at least part of the surface; and the waterproof layer, the waterproof layer covered on the surface of the metal collector layer and the metal foam, and the waterproof layer has a ventilation channel. The air electrode in the foam metal surface directly covering the metal collecting layer, waterproof layer set air electrode structure fluid catalytic layer is different from the traditional metal, both the collector current collecting layer and the catalyst layer two functions, more simple structure, and easy preparation and batch production. Meanwhile, the metal collecting layer has catalytic function, avoids the problem of carbon contained 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】
空气电极及其制备方法
本专利技术涉及金属燃料电池领域，具体地，涉及空气电极，以及制备空气电极的方法。
技术介绍
金属燃料电池是用金属燃料代替氢能源而形成的一种新概念的燃料电池，是新一代绿色能源的重要发展方向。金属燃料电池发挥了燃料电池的众多优点，将锌、铝、镁、铁、钙、钠、锂等金属作为负极材料，吸收空气中的氧气作为正极材料，一起构成一个连续的电能产生装置，具有无毒、无污染、放电电压平稳、比能量高、内阻小、储能寿命长、价格相对较低、工艺要求低等优点，既有丰富廉价的资源，又能再生利用，而且电池结构简单，具有很好的发展和应用前景。但目前金属燃料电池所采用的空气电极结构复杂，制备方法繁琐，不利于大规模生产，也限制了金属燃料电池的应用。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空气电极，该空气电极结构简单，并且不含碳，克服了空气电极的碳化问题，提高了使用寿命。需要说明的是，本专利技术是基于专利技术人的下列工作而完成的：金属银是一种优良的催化材料，广泛应用于各种催化领域，同时也是一种优秀的氧还原催化剂，能够作为金属空气电池的空气电极催化材料。常规的使用方法是将金属银粉与导电碳材和粘结剂一起混合通过辊压的方法制备成催化剂然后合成到空气电极中，这种方法由于加入了导电碳材和粘结剂会降低银的催化活性，同时金属银粉的团聚及分散不均匀也进一步降低了其催化性能。专利技术人研究发现，采用电镀的方法将纳米银粒子直接生长到泡沫金属表面，具有高催化活性的银粒子直接与泡沫金属接触，能够降低电极的电阻，将催化产生的电流直接传递出去；同时由于没有碳材粘结剂的加入也避免了空气电极使用过程中的碳化问题，能够大大提高空气电极的催化活性剂使用寿命。因而，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种空气电极。根据本专利技术的实施例，该空气电极包括：泡沫金属；金属集流层，所述金属集流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金属集流层和所述泡沫金属的表面上，且所述防水层具有透气孔道。根据本专利技术实施例的空气电极，在泡沫金属表面直接覆盖金属集流层，不同于传统的防水层-集流体-催化层的空气电极结构，金属集流层兼具了集流体和催化层二者的功能，结构更加简单，并且便于制备和批量生产。同时，该金属集流层具有催化功能，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，所述金属集流层是由银纳米颗粒构成的。根据本专利技术的实施例，所述泡沫金属为选自铜、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。根据本专利技术的实施例，所述泡沫金属与所述金属集流层的质量比为所述金属集流层与所述泡沫金属的质量比为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空气电极的方法。根据本专利技术的实施例，该制备空气电极的方法包括：以泡沫金属为阴极，石墨为阳极进行电镀处理，以便在泡沫金属的至少部分表面形成金属集流层；将表面形成所述金属集流层的泡沫金属与防水透气膜进行压合处理，在所述金属集流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。根据本专利技术实施例的制备空气电极的方法，通过电镀处理在泡沫金属的至少部分表面上形成金属集流层，方法简单，便于进行批量生产。并且，利用该方法得到的空气电极的结构不同于传统的防水层-集流体-催化层的空气电极的结构，金属集流层兼具了集流体和催化层二者的功能，该空气电极的结构更加简单。同时，该金属集流层具有催化功能，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。根据本专利技术的实施例，所述电镀处理的电镀液含有硝酸银、硫代硫酸钠和焦亚硫酸钾，且pH值为7-9。根据本专利技术的实施例，所述硝酸银的浓度为5-20g/L，所述硫代硫酸钠的浓度为30-60g/L，所述焦亚硫酸钾的浓度为5-20g/L。根据本专利技术的实施例，所述电镀处理为二段电镀。根据本专利技术的实施例，所述二段电镀中，第一段电镀的温度为15-40℃，电流密度为5-10mA/cm2，电镀时间为5-10min，第二段电镀的温度为15-40℃，电流密度为0.5-5mA/cm2，电镀时间为10-30min。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0.5-5min。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制备空气电极的方法的流程示意图；图2显示了根据本专利技术一个实施例的空气电极的结构示意图。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空气电极。参考图2，根据本专利技术的实施例，该空气电极包括：泡沫金属2、金属集流层3和防水层1。其中，金属集流层3覆盖在泡沫金属2的至少部分表面上，形成具有催化功能的金属集流层；防水层1覆盖在金属集流层3和泡沫金属2的表面上，且防水层具有透气孔道4，使空气仅透气孔道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。根据本专利技术的实施例，金属集流层3的原料不受特别的限制，只要形成的金属集流层具有集流和催化功能即可，可以根据实际生产需要进行选择。根据本专利技术的优选实施例，该金属集流层是由银颗粒构成的。由此，金属集流层的集流和催化效果好，并且形成的空气电极的不含碳，解决了现有空气电极的碳化问题，电极的使用寿命长，放电效果好。根据本专利技术的优选实施例，构成集流层的银为银纳米颗粒，该银纳米颗粒的粒径为100-1000nm。由此，银颗粒的比表面积大，催化活性好，空气电极的放电能力强。根据本专利技术的实施例，泡沫金属为选自铜、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。由此，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，获得更好本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空气电极，其特征在于，包括：泡沫金属；金属集流层，所述金属集流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金属集流层和所述泡沫金属的表面上，且所述防水层具有透气孔道。

【技术特征摘要】
1.一种空气电极，其特征在于，包括：泡沫金属；金属集流层，所述金属集流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金属集流层和所述泡沫金属的表面上，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，所述金属集流层是由银纳米颗粒构成的。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。4.根据权利要求1所述的空气电极，其特征在于，所述金属集流层与所述泡沫金属的质量比为0.1-10：100。5.一种制备空气电极的方法，其特征在于，包括：以泡沫金属为阴极，石墨为阳极进行电镀处理，以便在泡沫金属的至少部分表面形成金属集流层；将表面形成所述金属集流层的泡沫金属与防水透气膜进行压合处理，在所述金属集流层和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：和晓才，汪云华，崔涛，金鑫，祁云一，袁野，徐俊毅，柯浪，周燕，
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