一种金属燃料电池空气电极的制备方法技术

本申请公开了一种金属燃料电池空气电极的制备方法，包括制浆和制片的步骤；按照质量比16％的振动石墨、9％的科琴黑、5％的乙炔黑、50％的活性炭，20％为电解二氧化锰制备的粉末混合物；取PTFE乳液，酒精，置入分散机中搅拌获得复合浆料，以泡沫镍为空气电极骨架A；在电极骨架A的两侧涂刷复合浆料并烘烤，辊压，获得电极骨架B；再涂刷浓度为30％的PTFE乳液，烘烤获得电极骨架C；在电极骨架C上辊压贴合防水膜获得电极骨架D；将电极骨架D置入平板夹具中静压，取出置于烘箱中以不高于340°的温度烘烤成型并将铜片点焊到电极骨架D上获得空气电极。本发明专利技术剔除了现有的催化层的制作流程，简化了工艺，节省了批生产成本，提升了空气电极的稳定性。

A preparation method of metal fuel cell air electrode

【技术实现步骤摘要】
一种金属燃料电池空气电极的制备方法
本专利技术涉及空气电池领域，尤其涉及新型空气电池中空气电极，具体涉及一种金属燃料电池空气电极的制备方法。
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。因此，空气电池相较于传统的蓄电池而言更加轻便，更加绿色、长效和无污染。其构造也比现有的铅酸蓄电池要更加简单，同样电容量的铝空气电池的质量只有传统铅酸蓄电池的12％左右，同时空气电池没有毒性和危险性，对于新能源的开发和使用提供了很好的基础。现有的铝空气电池的结构上基本大同小异，由于工作原理是以空气中的氧气为氧化剂，多以氢氧化钾和氢氧化钠水溶液为电解质，以高纯度铝为负极，铝氧化成氧化铝进行放电，其关键技术在于空气电极的工作情况，空气电极的好坏直接影响整个空气电池的工作情况。现有的空气电极多包含了防水层、集电层和催化层，部分空气电极为了更加充分的让空气参与氧化反应还在靠近空气一侧设置了扩散层。由于现有空气电极的层级结构较多，在制作空气电极过程中，会历经非常繁琐的压合工艺流程，且还容易出现加工瑕疵，这将直接对空气电极的工作产生消极影响。现有技术1：中国专利技术专利申请，申请号201811210775.6公开了供一种空气电极的制备方法，包括：在集流体两侧形成第一扩散层和第二扩散层；将催化剂与高分子溶液配成纺丝液；将所述纺丝液喷涂在所述第一扩散层上得到催化层；将防水透气膜放置在所述第二扩散层上，辊压得到所述空气电极。本专利技术提供的空气电极的制备方法所制得的空气电极导电性强、透气性好且催化性能高，可减缓空气电池极化现象，提高电池的电化学性能。该专利申请文献所公布的空气电极包含了防水透气膜、催化层、第一扩散层和第二扩散层，以及集流体，结构比现有标准空气电极更为复杂。现有技术2：中国专利技术专利，专利号201611185216.5公开了空气电极、空气电极制备方法和铝空气电池的技术方案，该方案中的空气电极极包括：扩散层；催化剂层，所述催化剂层设置在所述扩散层的一侧，所述催化剂层包括碳纳米管以及催化剂，且所述催化剂层中不含有粘结剂；以及集电层，所述集电层设置在所述扩散层以及所述催化剂层之间，或设置在所述催化剂层远离所述扩散层的一侧。由此可知，该技术依然采用了多层结构的空气电极。
技术实现思路
为了解决现有技术中制备空气电极工艺中需要单独制备催化剂层，然后将制备好的催化剂层与防水层、集电层(导电层)或者扩散层(防水膜)依次进行压合形成空气电极的制作工艺非常复杂的技术问题，本申请提供一种金属燃料电池空气电极的制备方法，用于摒弃现有的制备空气电极须先制备催化剂层，再经过反复压合的流程，本申请直接将导电层与催化层合二为一，大大简化了空气电极的制备工艺，同时降低了制作空气电极的成本，本申请的催化层与导电层采用液态刷浆、烘烤和静压形成一体，再压合防水膜形成空气电极极大的简化了空气电极的制备工艺，同时也从根本上避免了多层物理压合导致催化层内部的网状结构被破坏，从而阻碍后续空气电极充分与氧气接触，削弱空气电极的放电性能。为了达到上述目的，本申请所采用的技术方案为：一种金属燃料电池空气电极的制备方法，包括制浆和制片的步骤，具体工艺步骤采用下述进行：S10制浆的步骤具体包括：S11制备固体物料的步骤：包括按照质量比12％-18％的振动石墨、6％-9％的科琴黑、3％-5％的乙炔黑、45％-55％的活性炭，其余为电解二氧化锰；S12制备液体物料的步骤：取浓度为60％的PTFE乳液，PTFE质量与固体物料质量之比为1:1.2；取浓度为50％的酒精，酒精的质量与固体物料质量之比为8.5:1.5；S13将步骤S12中的称取的FPFE乳液、酒精与步骤S11中制备的固体物料置入分散机中混合搅拌获得复合浆料；S20制片的步骤具体包括：S21以泡沫镍为基材按照设定尺寸进行裁剪，获得空气电极骨架A；S22在空气电极骨架A边缘位置遮挡宽度4-7毫米区域用于连接电极接线柱；S23将步骤S13中制备的复合浆料涂刷在电极骨架A的任一一侧，置入烘箱中以90℃的恒温烘烤15分钟，取出辊压；再将电极骨架另一侧涂刷复合浆料并以90℃的恒温烘烤15分钟，取出辊压，获得电极骨架B；S24将电极骨架B一侧涂刷浓度为30％的PTFE乳液，置入烘箱恒温80℃烘烤15分钟，取出获得电极骨架C；S25在电极骨架C涂刷有PTFE乳液的一侧辊压贴合防水膜获得电极骨架D；S26将电极骨架D置入平板夹具中静压，取出置于烘箱中以不高于340°的温度烘烤成型并将铜片点焊到步骤S22中的遮挡区域上。优选地，所述步骤S13的分散机的转速是1500-1600转/分，搅拌时间为60-90分钟。经过专利技术人多次实验，采用上述的转速和搅拌时间能够使得固体颗粒能够得到充分的研磨将凝聚的层团块状的固体充分打散悬浮在溶液中。优选地，步骤S21中所述泡沫镍的孔隙密度为80PPI。优选地，步骤S22所述空气电极骨架A沿安装方向的上边缘5毫米宽采用防水胶带粘贴遮挡，并采用压片机将防水胶带与空气电极骨架A压紧。采用防水胶带粘接遮挡的目的是避免复合浆料将整个电极骨架A涂刷，以不便于后续导电铜片的焊接，从而降低空气电极在放电过程中的导电性能。优选地，所述步骤S23还包括将电极骨架B上的防水胶带去除并置于平板夹具中以5Mpa的压力，保持30秒取出的步骤。经过烘烤和辊压后的电极骨架B两侧附着的固化复合浆料内部结构不均匀，且分布的密度也不均匀，经过静压能够使得泡沫镍两侧的催化层更加均匀、牢固的粘附在泡沫镍基体上。所述步骤S25中将防水膜与电极骨架C辊压的方向与防水膜可拉伸方向须保持一致。步骤S26中的静压步骤具体采用平板夹具夹持并置于静压机上以10Mpa的正压力保持30秒。经过较大压力的静压后，可以保证防水膜完美的粘接在电极骨架C上形成空气电极，使得置于空气电池中的电解液不发生渗透，空气中的气体分子能够与电解液中相应的粒子在气/液相之间的金属上接受电子，建立电极反应。所述的防水膜采用本领域技术人员熟知的现有任何空气电极中的防水透气膜即可，这一点上本申请并未做改进。步骤S26中烘烤成型的步骤具体包括：步骤S261将电极骨架D两面均采用锡箔纸包裹，整平置入平板夹具中固定；步骤S262将步骤S261中的平板夹具置入烘箱中，将烘箱温度设定为340℃，升温时间设置为50-60分钟，达到预设温度340℃后，保温30分钟，取出。具体实施方式实施例1：一种金属燃料电池空气电极的制备方法，包括制浆和制片的步骤，具体工艺步骤采用下述进行：首先，按照质量比16％的振动石墨、9％的科琴黑、5％的乙炔黑、50％的活性炭，20％为电解二氧化锰制备的粉末混合物；所述振动石墨的粒度范围为180纳米，电解二氧化锰的粒度为120纳米以下，活性炭粒度为8微米，科琴黑和乙炔黑的粒径为0.2-0.6微米的原样。取浓度为60％的PTFE乳液，PTFE质量与粉末混合物质量之比为1:1.2；取浓度为50％的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属燃料电池空气电极的制备方法，包括制浆和制片的步骤，其特征在于：/nS10制浆的步骤具体包括：/nS11制备固体物料的步骤：包括按照质量比12％-18％的振动石墨、6％-9％的科琴黑、3％-5％的乙炔黑、45％-55％的活性炭，其余为电解二氧化锰；/nS12制备液体物料的步骤：取浓度为60％的PTFE乳液，PTFE质量与固体物料质量之比为1:1.2；取浓度为50％的酒精，酒精的质量与固体物料质量之比为8.5:1.5；/nS13将步骤S12中的称取的FPFE乳液、酒精与步骤S11中制备的固体物料置入分散机中混合搅拌获得复合浆料；/nS20制片的步骤具体包括：/nS21以泡沫镍为基材按照设定尺寸进行裁剪，获得空气电极骨架A；/nS22在空气电极骨架A边缘位置遮挡宽度4-7毫米区域用于连接电极接线柱；/nS23将步骤S13中制备的复合浆料涂刷在电极骨架A的任一一侧，置入烘箱中以90℃的恒温烘烤15分钟，取出辊压；再将电极骨架另一侧涂刷复合浆料并以90℃的恒温烘烤15分钟，取出辊压，获得电极骨架B；/nS24将电极骨架B一侧涂刷浓度为30％的PTFE乳液，置入烘箱恒温80℃烘烤15分钟，取出获得电极骨架C；/nS25在电极骨架C涂刷有PTFE乳液的一侧辊压贴合防水膜获得电极骨架D；/nS26将电极骨架D置入平板夹具中静压，取出置于烘箱中以不高于340°的温度烘烤成型并将铜片点焊到步骤S22中的遮挡区域上。/n...

【技术特征摘要】
1.一种金属燃料电池空气电极的制备方法，包括制浆和制片的步骤，其特征在于：
S10制浆的步骤具体包括：
S11制备固体物料的步骤：包括按照质量比12％-18％的振动石墨、6％-9％的科琴黑、3％-5％的乙炔黑、45％-55％的活性炭，其余为电解二氧化锰；
S12制备液体物料的步骤：取浓度为60％的PTFE乳液，PTFE质量与固体物料质量之比为1:1.2；取浓度为50％的酒精，酒精的质量与固体物料质量之比为8.5:1.5；
S13将步骤S12中的称取的FPFE乳液、酒精与步骤S11中制备的固体物料置入分散机中混合搅拌获得复合浆料；
S20制片的步骤具体包括：
S21以泡沫镍为基材按照设定尺寸进行裁剪，获得空气电极骨架A；
S22在空气电极骨架A边缘位置遮挡宽度4-7毫米区域用于连接电极接线柱；
S23将步骤S13中制备的复合浆料涂刷在电极骨架A的任一一侧，置入烘箱中以90℃的恒温烘烤15分钟，取出辊压；再将电极骨架另一侧涂刷复合浆料并以90℃的恒温烘烤15分钟，取出辊压，获得电极骨架B；
S24将电极骨架B一侧涂刷浓度为30％的PTFE乳液，置入烘箱恒温80℃烘烤15分钟，取出获得电极骨架C；
S25在电极骨架C涂刷有PTFE乳液的一侧辊压贴合防水膜获得电极骨架D；
S26将电极骨架D置入平板夹具中静压，取出置于烘箱中以不高于340°的温度烘烤成型并将铜片点焊到步骤S22中的遮挡区域上。


2.根据权利要求1所述的一种金属燃料电池空气电极的制备方法，其特征在于：所述步骤S13的分散机的转速是1500-1600转/分，搅拌时间为60-90分钟。


3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛亦兵，吴智远，李硕峰，李成，
申请(专利权)人：安极铝北京能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11