一种电极膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种电极膜及其制备方法，电极膜包括相叠合设置的催化层、集流层和防水透气层；催化层包括碳载体和催化剂；碳载体包括经碱洗的化学法活性碳和Vulcan XC72R碳黑，化学法活性碳和Vulcan XC72R碳黑的质量比为(3‑10):1；催化剂为MnO2‑Ag/C；电极膜的制备方法包括：催化层制备步骤：在溶剂中加入碳载体、造孔剂、催化剂和粘结剂，超声分散后得到催化层溶液；将催化层溶液水浴加热进行破乳，抽滤，得到催化层膏体；将催化层膏体碾压，得到催化层；压合步骤：将得到的催化层与防水透气层、集流层叠合，得到电极膜；电极膜，用于铝‑空气电池中，提高催化氧还原反应的速率，使得铝‑空气电池提供稳定的电量。

An electrode film and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种电极膜及其制备方法
本专利技术涉及一种电极膜及其制备方法，属于能源材料

技术介绍
空气电池是化学电池的一种。构造原理与干电池相似，所不同的只是它的氧化剂取自空气中的氧。锂、镁、镍、铝都可作为空气电池的负极，而针对使用的负极金属材料的不同、制备的正极材料、电解液均有较大的差异。其中，铝因容易获取，量大、铝可以通过电解回收循环使用，成本低，延展性好，容易塑造成各种形状，成为负极材料的优选。此外，铝-空气电池的容量大，放电电压平稳；安全性好，充电迅速，环境友好，内阻小，比能量高，理论比能量能达到1300Wh/kg，但在实际应用中，比能量达到220～300Wh/kg，因此可提升的空间很高。铝-空气电池技术的不成熟导致仍然存在一些缺陷：1)电极中催化剂的催化活性较低导致在大电流放电时，催化氧还原反应速率较慢。空气电极采用催化效果较好的铂、银和铑等贵金属作为催化剂，会使得电池的成本增加，商品化成本高，采用成本低的催化剂，如一些金属氧化物，电池的大电流放电效果差；2)电池大电流工作时发热：大电流放电时，由于电池存在一定的电阻，特别当电池的电阻很大时，电池就会发热，而铝的熔点较低，存在极耳被熔断的可能，这限制了铝-空气电池的大电流放电性能。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的第一个目的在于提供一种电极膜，用于铝-空气电池中，提高催化氧还原反应的速率，使得铝-空气电池提供稳定的电量。本专利技术的第二个目的在于提供一种上述电极膜的制备方法，该制备方法改善了电极膜压合以及热处理的条件，其电极膜在反应时更稳定、与铝负极的配合更好。实现本专利技术的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种电极膜，包括相叠合设置的催化层、集流层和防水透气层；催化层包括碳载体和催化剂；碳载体包括经碱洗的化学法活性碳和VulcanXC72R碳黑，化学法活性碳和VulcanXC72R碳黑的质量比为(3-10):1；催化剂为MnO2-Ag/C；催化剂中MnO2、Ag+和C的摩尔比为(0.1-0.15):1:(5-10)。进一步地，催化层、集流层和防水透气层的叠合方式依次为：催化层、集流层、防水透气层；或，催化层、防水透气层、集流层；或，防水透气层包括第一防水透气层和第二防水透气层，叠合方式依次为：催化层、第一防水透气层、集流层、第二防水透气层。进一步地，集流层为镀镍铜集流层。进一步地，防水透气层包括乙炔黑和粘结剂；乙炔黑和粘结剂的质量之比为5:(3-6)。进一步地，化学法活性碳和VulcanXC72R碳黑的质量比为9:1；化学法活性碳的粒径≥100目。进一步地，催化层包括按重量份计的以下成分：催化层不包括乙炔黑。进一步地，催化层包括按重量份计的以下成分：催化层不包括乙炔黑。进一步地，MnO2和C的摩尔比为0.12:8.5。实现本专利技术的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种电极膜的制备方法，包括：催化层制备步骤：在溶剂中加入碳载体、造孔剂、催化剂和粘结剂，超声分散后得到催化层溶液；将催化层溶液水浴加热进行破乳，抽滤，得到催化层膏体；将催化层膏体碾压，得到催化层；碳载体包括经碱洗的化学法活性碳和VulcanXC72R碳黑，化学法活性碳和VulcanXC72R碳黑的质量比为(3-10):1；催化剂为MnO2-Ag/C；催化剂中MnO2、Ag+和C的摩尔比为(0.1-0.15):1:(5-10)；压合步骤：将得到的催化层与防水透气层、集流层叠合，在压力为0.1-1.5MPa/cm2的条件下进行压制10-110min，然后在温度为90-220℃的条件下进行烘干，得到电极膜。进一步地，催化剂在催化层溶液中的摩尔浓度为0.001-0.02mol/L。进一步地，电极膜的制备方法还包括防水透气层制备步骤：将乙炔黑加入溶剂中分散均匀，然后加入粘结剂；超声分散后，水浴加热进行破乳，抽滤，得到防水透气层膏体；将防水透气层膏体碾压，得到防水透气层。进一步地，压合步骤中，在压力为0.87MPa/cm2的条件下进行压制50min，然后在温度为200℃的条件下进行烘干，得到电极膜。进一步地，压合步骤中，进行烘干以后，将电极膜用乙醇浸泡处理，再进行烘干。铝-空气电池的正极材料为空气中的氧气，无造价成本；负极材料为铝板或铝粒，放电完毕的铝板可回收，还原再利用，成本低；电解液可用中性或碱性电解液，造价低廉；因此在相同的重量下，铝-空气电池具有更轻的重量，容量更高，具有较长的使用周期长的特定；因此本专利技术基于铝-空气电池，提供了一种电极膜，可配合使用铝负极制备空气电池，提高催化氧还原反应的速率，使得铝-空气电池提供稳定的电量，其成本低廉，应用场景广泛。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术电极膜的催化层通过经碱洗的化学法活性碳和VulcanXC72R碳黑作为碳载体，可以弥补VulcanXC72R碳黑石墨含量高但比能量小，催化能力弱的缺陷，提高催化氧还原反应的速率；2、本专利技术电极膜的催化层以MnO2-Ag/C作为催化剂，加入MnO2后，氧气在还原过程中生成的H2O2可吸附在MnO2表面被分解为水和氧气，MnO2可以提高Ag/C催化剂的催化活性；3、本专利技术电极膜的制备方法通过压合条件的设置，维持电极膜的结构，有利于反应的进行和放电的稳定。附图说明图1为检测例2中六种碳载体的XRD测试图示；图2为检测例2中六种碳载体的放电测试比能量图示；图3为检测例2中化学法活性碳的XRD测试图示；图4为检测例2中化学法活性碳的放电测试比能量图示；图5为检测例3中放电测试比能量图示；图6为检测例5恒流放电曲线图示；图7为检测例6电池比功率曲线图示；图8为检测例7动电位极化曲线图示；图9为检测例8电池比功率曲线图示。具体实施方式下面，结合附图以及具体实施方式，对本专利技术做进一步描述：一种电极膜，包括相叠合设置的催化层、集流层和防水透气层；催化层包括按重量份计的以下成分：催化层不包括乙炔黑。碳载体包括经碱洗的化学法活性碳和VulcanXC72R碳黑，化学法活性碳和VulcanXC72R碳黑的质量比为(3-10):1；常规技术中，对单一的碳载体进行检测时，使用单一VulcanXC72R碳黑比能量小，比表面积小，催化能力弱。然而，VulcanXC72R碳黑石墨含量高，成本低，是一种有潜力的碳载体，因此，以VulcanXC72R碳黑为基础的碳载体作为出发点，经研究，以经碱洗的化学法活性碳和VulcanXC72R碳黑组分混合，能够改善碳载体的性能，使其能够与集流层和防水透气层结合度好，在铝-空气电池中更好地催化氧化还原反应。造孔剂为Na2SO4。催化剂为MnO2-Ag/C；催化剂中MnO2、Ag+和C的摩尔比为(0.1-0.15):1:(5-10)；MnO2催化剂对催化层起正反两方面的作用，Ag催化剂催化ORR，氧气需经二电子途径先转变为H2O2，再转化为OH-，MnO2具有良好的H2O2分解作用，加入MnO2后，氧气在还原过程中生成的H2O2可吸附在MnO2表面被分解为水和氧气，因此，添加MnO2可以提高Ag/C催化剂的催化活性；MnO2的电导率低，影响催化体系电子的转移，一方面MnO2吸附在Ag的表面，阻碍Ag与氧气间的电子转移，另一方面MnO2在Ag/C催化剂中会发生分相团聚，降低复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极膜，包括相叠合设置的催化层、集流层和防水透气层；其特征在于，所述催化层包括碳载体和催化剂；所述碳载体包括经碱洗的化学法活性碳和Vulcan XC72R碳黑，化学法活性碳和Vulcan XC72R碳黑的质量比为(3‑10):1；所述催化剂为MnO2‑Ag/C；所述催化剂中MnO2、Ag

【技术特征摘要】
1.一种电极膜，包括相叠合设置的催化层、集流层和防水透气层；其特征在于，所述催化层包括碳载体和催化剂；所述碳载体包括经碱洗的化学法活性碳和VulcanXC72R碳黑，化学法活性碳和VulcanXC72R碳黑的质量比为(3-10):1；所述催化剂为MnO2-Ag/C；所述催化剂中MnO2、Ag+和C的摩尔比为(0.1-0.15):1:(5-10)。2.如权利要求1所述的电极膜，其特征在于，所述集流层为镀镍铜集流层。3.如权利要求1所述的电极膜，其特征在于，所述化学法活性碳和VulcanXC72R碳黑的质量比为9:1；所述化学法活性碳的粒径≥100目。4.如权利要求1所述的电极膜，其特征在于，所述催化层包括按重量份计的以下成分：所述催化层不包括乙炔黑。5.如权利要求1所述的电极膜，其特征在于，所述催化层包括按重量份计的以下成分：所述催化层不包括乙炔黑。6.如权利要求1所述的电极膜，其特征在于，所述MnO2和C的摩尔比为0.12:8.5。7.一种电极膜的制备方法，其特征在于包括：催化层制备步骤：在溶剂中加入碳载体、造孔剂、催化剂和粘结...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭永新，徐慧勇，翁永富，余继敏，彭李少荣，
申请(专利权)人：中科广州能源科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44