金属燃料电池用空气电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了金属燃料电池用空气电极及其制备方法，其中，金属燃料电池用空气电极包括：导电集流体、微孔陶瓷层、防水层和催化层，所述微孔陶瓷层形成在所述导电集流体的一侧表面上；所述防水层形成在所述微孔陶瓷层的表面上；所述催化层形成在所述导电集流体另一侧表面上。本发明专利技术提出的金属燃料电池用空气电极不仅具有优异的机械强度、较好的透气性、防水性和良好的导电性，还具有较高的催化活性和气体选择性，且在使用过程中、微孔陶瓷层、防水层和催化层不易脱落，具有较高的放电电压以及较长的使用寿命。

Air electrode for metal fuel cell and preparation method thereof

The invention discloses an air electrode for a metal fuel cell and a preparation method thereof, in which the air electrode for a metal fuel cell includes a conductive collector, a microporous ceramic layer, a waterproof layer and a catalytic layer, the microporous ceramic layer formed on one side surface of the conductive collector, and the waterproof layer formed on the microporous ceramic. The catalytic layer is formed on the surface of the other side of the conductive collector. The air electrode for metal fuel cell not only has excellent mechanical strength, good permeability, waterproof and good conductivity, but also has high catalytic activity and gas selectivity. In the course of use, the micro-porous ceramic layer, waterproof layer and catalytic layer are not easy to fall off, and the discharge voltage is high. And long service life.

【技术实现步骤摘要】
金属燃料电池用空气电极及其制备方法
本专利技术属于金属燃料电池领域，具体而言，涉及金属燃料电池用空气电极及其制备方法。
技术介绍
目前，金属燃料电池空气电极的制备工艺，采用将疏水碳材料乙炔黑或催化剂材料与PTFE乳液按一定比例混合单独辊压到一定厚度的防水层或催化层，然后将压制好的膜层与导电集流体压合成空气电极，其防水层、催化剂制备及催化层的压制工艺繁琐、产量低、需耗大量人力物力资源，且制备出的空气电极一致性较差。导致空气电极在使用过程中已出现碳脱落、催化剂脱落及电解液碳化现象，从而大大缩短空气电极的使用寿命。因此，金属燃料电池空气电极有待进一步改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出金属燃料电池用空气电极及其制备方法。本专利技术提出的金属燃料电池用空气电极不仅具有优异的机械强度、较好的透气性、防水性和良好的导电性，还具有较高的催化活性和气体选择性，且在使用过程中、微孔陶瓷层、防水层和催化层不易脱落，具有较高的放电电压以及较长的使用寿命。根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提出了一种金属燃料电池用空气电极，包括：导电集流体；微孔陶瓷层，所述微孔陶瓷层形成在所述导电集流体的一侧表面上；防水层，所述防水层形成在所述微孔陶瓷层的表面上；催化层，所述催化层形成在所述导电集流体另一侧表面上。本专利技术上述实施例的金属燃料电池用空气电极不仅具有优异的机械强度、较好的透气性、防水性以及良好的导电性，还具有较高的催化活性和气体选择性，且在使用过程中微孔陶瓷层、防水层和催化层不易脱落，具有较高的放电电压以及较长的使用寿命。另外，根据本专利技术上述实施例的金属燃料电池用空气电极还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述导电集流体由选自铜、铜镀镍、镍、不锈钢镀镍和镍合金中至少一种形成的金属网。由此，可以进一步提高金属燃料电池用空气电极的导电性和耐蚀性。在本专利技术的一些实施例中，所述金属网为斜拉网、编制网或冲孔网。由此，可以进一步提高金属燃料电池用空气电极的机械强度。在本专利技术的一些实施例中，所述催化层由负载催化剂的微孔陶瓷形成，所述催化剂为选自锰钴、锂锰钴、锰氧化物、银基催化剂和钙钛矿型催化剂中的至少一种。不仅可以进一步提高催化层的比表面积、催化活性和催化选择性，还能显著提高金属燃料电池用空气电极的机械强度、透气性和导电性。在本专利技术的一些实施例中，所述微孔陶瓷层和所述催化层中包含的微孔陶瓷分别独立地为选自Al2O3、ZnO、ZrO、SiO2、CaO、MgO、TiO2和SiC中至少两种的高温焙烧产物。由此，可以进一步提高金属燃料电池用空气电极的机械强度和透气性，并使催化层具有更大的比表面积。根据本专利技术的第二个方面，本专利技术提出了一种制备上述金属燃料电池用空气电极的方法，包括：(1)对导电集流体进行预处理；(2)将微孔陶瓷与粘结剂混合并涂覆于经过所述预处理的导电集流体的一侧表面上，烘干，以便形成微孔陶瓷层；(3)将负载催化剂的微孔陶瓷与粘结剂混合并涂覆于经过所述预处理的导电集流体的另一侧表面上，烘干，以便形成催化层；(4)对步骤(3)得到的导电集流体进行压制成型和焙烧处理，以便得到微孔陶瓷空气电极；(5)对所述微孔陶瓷层的表面进行防水处理，以便形成防水层，并获得所述金属燃料电池用空气电极。本专利技术上述实施例的制备金属燃料电池用空气电极的方法不仅工艺简单、参数条件易于控制且生产成本低，易于实现规模化生产，而且制备得到的金属燃料电池用空气电极不仅具有优异的机械强度、较好的透气性、防水性以及良好的导电性，还具有较高的催化活性和气体选择性，且在使用过程中微孔陶瓷层、防水层和催化层不易脱落，具有较高的放电电压以及较长的使用寿命。在本专利技术的一些实施例中，步骤(1)中，所述预处理是将所述导电集流体置于预处理液中超声处理30-90分钟，所述预处理液为选自碱液、酒精和丙酮中的至少一种。由此，可以有效去除导电集流体表面可能存在的杂质、油污等污染物。在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)和步骤(3)中，所述微孔陶瓷分别独立地为选自Al2O3、ZnO、ZrO、SiO2、CaO、MgO、TiO2和SiC中至少两种的高温烧结产物。由此，可以进一步提高金属燃料电池用空气电极的机械强度和透气性，并使催化层具有更大的比表面积。在本专利技术的一些实施例中，所述粘结剂分别独立地为选自CMC、HPMC、PEO、PVA和PTFE中的至少一种。由此，可以进一步提高微孔陶瓷层和催化层与导电集流体的结合强度，使金属燃料电池用空气电极具有更好的机械性能和透气性。在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)中，所述微孔陶瓷与所述粘结剂的质量百分比为60-90％。由此，可以进一步提高微孔陶瓷层与导电集流体的结合强度。在本专利技术的一些实施例中，所述负载催化剂的微孔陶瓷与所述粘结剂的质量百分比为75-90％。由此，可以进一步提高催化层与导电集流体的结合强度。在本专利技术的一些实施例中，步骤(4)中，所述压制成型采用的压力为10-100MPa。不仅可以有效制备得到形状稳定的坯体，还能进一步提高微孔陶瓷层和催化层与导电集流体的结合强度。在本专利技术的一些实施例中，所述焙烧处理是在氩气、氮气或氦气的保护气氛下，并以2-20℃/min的升温速率升温至500-1400℃并维持5-20h，再以5-20℃/min的降温速率降温至室温完成的。由此可以进一步提高焙烧处理的效率，并避免温度变化过快使得焙烧过程中微孔陶瓷空气电极内外温差过大，出现干裂现象。在本专利技术的一些实施例中，步骤(5)中，采用有机聚二甲基硅烷对所述微孔陶瓷层的表面进行防水处理。由此，可以进一步提高防水层的防水效果。附图说明图1是根据本专利技术一个实施例的金属燃料电池用空气电极的结构示意图。图2是根据本专利技术一个实施例的制备金属燃料电池用空气电极的方法流程图。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，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提出了一种金属燃料电池用空气电极，如图1所示，包括：导电集流体100、微孔陶瓷层200、防水层300和催化层400，其中，微孔陶瓷层200形成在导电集流体100的一侧表面上；防水层300形成在微孔陶瓷层200的表面上；催化层400形成在导电集流体100另一侧表面上。本专利技术上述实施例的金属燃料电池用空气电极不仅具有优异的机械强度、较好的透气性、防水性以及良好的导电性，还具有较高的催化活性和气体选择性，且在使用过程中微孔陶瓷层200、防水层300和催化层400不易脱落，具有较高的放电电压以及较长的使用寿命。根据本专利技术的具体实施例，导电集流体100可以由选自铜、铜镀镍、镍、不锈钢镀镍和镍合金中至少一种形成的金属网。本专利技术通过选用上述金属网，可以进一步提高金属燃料电池用空气电极的导电性和耐蚀性。根据本专利技术的具体实施例，金属网可以为斜拉网、编制网或冲孔网。由此，可以进一步提高金属燃料电池用空气电极的机械强度。根据本专利技术的具体实施例，催化层400可以由负载催化剂的微孔陶瓷形成，催化剂可以为选自锰钴、锂锰钴、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属燃料电池用空气电极，其特征在于，包括：导电集流体；微孔陶瓷层，所述微孔陶瓷层形成在所述导电集流体的一侧表面上；防水层，所述防水层形成在所述微孔陶瓷层的表面上；催化层，所述催化层形成在所述导电集流体另一侧表面上。

【技术特征摘要】
1.一种金属燃料电池用空气电极，其特征在于，包括：导电集流体；微孔陶瓷层，所述微孔陶瓷层形成在所述导电集流体的一侧表面上；防水层，所述防水层形成在所述微孔陶瓷层的表面上；催化层，所述催化层形成在所述导电集流体另一侧表面上。2.根据权利要求1所述金属燃料电池用空气电极，其特征在于，所述导电集流体由选自铜、铜镀镍、镍、不锈钢镀镍和镍合金中至少一种形成的金属网，任选地，所述金属网为斜拉网、编制网或冲孔网。3.根据权利要求1所述金属燃料电池用空气电极，其特征在于，所述催化层由负载催化剂的微孔陶瓷形成，所述催化剂为选自锰钴、锂锰钴、锰氧化物、银基催化剂和钙钛矿型催化剂中的至少一种。4.根据权利要求3所述金属燃料电池用空气电极，其特征在于，所述微孔陶瓷层和所述催化层中包含的微孔陶瓷分别独立地为选自Al2O3、ZnO、ZrO、SiO2、CaO、MgO、TiO2和SiC中至少两种的高温焙烧产物。5.一种制备权利要求1-4中任一项所述金属燃料电池用空气电极的方法，其特征在于，包括：(1)对导电集流体进行预处理；(2)将微孔陶瓷与粘结剂混合并涂覆于经过所述预处理的导电集流体的一侧表面上，烘干，以便形成微孔陶瓷层；(3)将负载催化剂的微孔陶瓷与粘结剂混合并涂覆于经过所述预处理的导电集流体的另一侧表面上，烘干，以便形成催化层；(4)对步骤(3)得到的导电集流体进行压制...

【专利技术属性】
技术研发人员：施学金，汪云华，田永，周燕，张战胜，李如飞，崔涛，和晓才，祁云一，袁野，杨孟昌，
申请(专利权)人：云南铝业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：云南,53