一种具有液态合金改性阳极的纸基铝空气电池及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有液态合金改性阳极的纸基铝空气电池，由三层结构组成，具体为依次叠加的铝阳极、纸基、空气电极；其中，铝阳极表面负载有液态合金微粒。液态合金微粒由Ga、In、Sn、Bi、Zn中的两种或多种组成，并且在铝空气电池工作温度下为液态。铝阳极表面负载的液态合金微粒可以很好地活化铝阳极，在中性电解液中放电性能良好，放电时间长，可满足小功率市场应用。本发明专利技术公开了一种具有液态合金改性阳极的纸基铝空气电池的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种具有液态合金改性阳极的纸基铝空气电池及制备方法
本专利技术属于金属空气电池领域，涉及一种廉价绿色新型纸基铝空气电池，具体涉及一种具有液态合金改性阳极的纸基铝空气电池及其制备方法。
技术介绍
一次电池作为一次性电源，通常在不能充电或不必要的充电情况下使用。目前市场上涌现出多种多样的小型功率设备(如医疗保健生物传感器，医学诊断分析，可穿戴电子设备，智能包装等)，并占据相当大的市场份额。这些设备大多价格低廉且仅消耗mW甚至uW功率，在使用后即被丢弃，因此需要一种价格低廉、轻巧便携并且绿色环保的电源与之匹配。金属空气电池采用不同金属材料作阳极，空气阴极直接利用空气中的氧气，使得其具有更高的能量密度。在金属空气电池常用阳极材料有Zn、Mg、Al、Li、Fe等。其中，铝元素由于储量丰富，价格低廉并且能量密度大而受到人们关注。传统铝空气电池由于涉及复杂的流体和气体管理系统而不适合应用于低功率市场。近年来，纤维素纸被越来越多的应用于锂离子电池，燃料电池，超级电容器，纳米发电机等各领域中。在铝空气电池中，纤维素纸可以自动输送电解质，从而大大简化了水管理系统；其轻巧柔软，可以提高设备的能量密度和柔韧性。此外，纤维素成本低廉，是一种可再生绿色环保的材料。由于纸基铝空气电池能量密度大、成本低廉、绿色环保而受到人们的关注，目前对纸基铝空气电池的研究主要集中在对纸张厚度、电解质种类及浓度、阴极侧活性等的参数优化研究，尚未有人直接对铝空气电池铝阳极进行表面改性研究。同时目前制得的纸基铝空气电池普遍存在放电时间短，铝阳极利用率不足，中性电解液放电功率不足等问题。近年来，液态合金由于它的低熔点(室温下即为液态)、导电性优良、延展性极强而受到人们的关注，研究表明液态合金同时可以活化铝合金。我们这里报道一种中性电解液中可长时间放电的液态合金表面活化的新型纸基铝空气电池。
技术实现思路
本专利技术针对目前一次纸空电池存在的缺陷，提出了一种具有液态合金改性阳极的纸基铝空气电池及其制备方法，成本低廉、绿色环保。作为本专利技术的一方面，提供一种具有液态合金改性阳极的纸基铝空气电池，由三层结构组成，具体为依次叠加的铝阳极、纸基、空气电极；其中，铝阳极表面负载有液态合金微粒。铝阳极表面负载的液态合金微粒可以很好地活化铝阳极，在中性电解液中放电性能良好，放电时间长，可满足小功率市场应用。优选的，所述液态合金微粒由Ga、In、Sn、Bi、Zn中的两种或多种组成，并且在铝空气电池工作温度下为液态。优选的，所述铝阳极表面的液态合金微粒负载量不小于1ug/cm2。更为优选的，所述铝阳极表面的液态合金微粒负载量不小于10ug/cm2。更为优选的，所述液态合金微粒尺寸不大于5um。进一步地，所述铝阳极为铝箔。进一步地，所述铝阳极厚度不大于2mm。优选的，所述铝阳极厚度小于0.5mm。更为优选的，所述铝阳极3厚度为0.2mm。进一步地，所述纸基上滴加电解液，即可实现小功率放电。优选的，所述纸基为纤维素纸。更为优选的，所述纤维素纸，可选的有商用滤纸、餐巾纸、瓦楞纸等吸水性良好廉价纸或纸制品中的一种或多种组成。更为优选的，所述纤维素纸厚度不小于0.1mm。更为优选的，所述纤维素纸厚度为0.5mm-5mm。更为优选的，所述纤维素纸厚度为1mm。作为本专利技术的另一方面，提供一种具有液态合金改性阳极的纸基铝空气电池的制备方法，包括以下步骤：S1.选择Ga、In、Sn、Zn、Bi中两种或多种按配比配好后，在高于所选元素熔点100℃温度下，惰性气体氛围中加热并保温1-2h，值得液态合金；S2.将步骤S1制得的液态合金室温合金化10-24h；S3.将液态合金、表面活性剂、溶剂按照0.01-10g：0.01-20g：10-100ml的比例混合，超声搅拌20-40min，制得液态合金微粒；S4.将液态合金微粒负载在铝阳极表面；S5.将负载有液态合金微粒铝阳极、纸基、空气电极依次叠加，得到纸基铝空气电池，向纸基层滴加电解液即可实现小功率放电。与现有技术相比本专利技术有以下优点：1.与传统铝空气电池相比避免了复杂的流体与气体管理系统，通过纤维素纸自身的毛细作用实现电解质的自动运输，实现了铝空气电池小型化轻量化。2.与现有纸基铝空气电池相比，铝阳极表面负载的液态合金可破坏铝表面氧化膜活化铝阳极，在中性电解液中放电性能良好，放电时间长，可满足小功率市场应用。附图说明图1为本专利技术所述一种具有液态合金改性阳极的纸基铝空气电池的结构示意图；图中：1-空气电极；2-纸基；3-铝阳极；4-电解液。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但本专利技术并不仅限于此。参见图1所示，一种具有液态合金改性阳极的纸基铝空气电池，由三层结构组成，具体为依次叠加的铝阳极3、纸基2、空气电极1；其中，铝阳极3表面负载有液态合金微粒。铝阳极表面负载的液态合金微粒可以很好地活化铝阳极，在中性电解液中放电性能良好，放电时间长，可满足小功率市场应用。优选的，所述液态合金微粒由Ga、In、Sn、Bi、Zn中的两种或多种组成，并且在铝空气电池工作温度下为液态。优选的，所述铝阳极3表面的液态合金微粒负载量不小于1ug/cm2。更为优选的，所述铝阳极3表面的液态合金微粒负载量不小于10ug/cm2。更为优选的，所述液态合金微粒尺寸不大于5um。进一步地，所述铝阳极为铝箔。进一步地，所述铝阳极3厚度不大于2mm。优选的，所述铝阳极3厚度小于0.5mm。更为优选的，所述铝阳极3厚度为0.2mm。进一步地，所述纸基2上滴加电解液4，即可实现小功率放电。优选的，所述纸基2为纤维素纸。更为优选的，所述纤维素纸，可选的有商用滤纸、餐巾纸、瓦楞纸等吸水性良好廉价纸或纸制品中的一种或多种组成。更为优选的，所述纤维素纸厚度不小于0.1mm。更为优选的，所述纤维素纸厚度为0.5mm-5mm。更为优选的，所述纤维素纸厚度为1mm。一种具有液态合金改性阳极的纸基铝空气电池的制备方法，包括以下步骤：S1.选择Ga、In、Sn、Zn、Bi中两种或多种按配比配好后，在高于所选元素熔点100℃温度下，惰性气体氛围中加热并保温1-2h，值得液态合金；S2.将步骤S1制得的液态合金室温合金化10-24h；S3.将液态合金、表面活性剂、溶剂按照0.01-10g：0.01-20g：10-100ml的比例混合，超声搅拌20-40min，制得液态合金微粒；S4.将液态合金微粒负载在铝阳极表面；S5.将负载有液态合金微粒铝阳极、纸基、空气电极依次叠加，得到纸基铝空气电池，向纸基层滴加电解液即可实现小功率放电。实施例1...

【技术保护点】
1.一种具有液态合金改性阳极的纸基铝空气电池，由三层结构组成，具体为依次叠加的铝阳极、纸基、空气电极；其特征在于，铝阳极表面负载有液态合金微粒。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有液态合金改性阳极的纸基铝空气电池，由三层结构组成，具体为依次叠加的铝阳极、纸基、空气电极；其特征在于，铝阳极表面负载有液态合金微粒。


2.如权利要求1所述的一种具有液态合金改性阳极的纸基铝空气电池，所述液态合金微粒由Ga、In、Sn、Bi、Zn中的两种或多种组成，并且在铝空气电池工作温度下为液态。


3.如权利要求1所述的一种具有液态合金改性阳极的纸基铝空气电池，所述铝阳极表面的液态合金微粒负载量不小于1ug/cm2。


4.如权利要求1所述的一种具有液态合金改性阳极的纸基铝空气电池，所述液态合金微粒尺寸不大于5um。


5.如权利要求1所述的一种具有液态合金改性阳极的纸基铝空气电池，所述铝阳极厚度不大于2mm。


6.如权利要求1所述的一种具有液态合金改性阳极的纸基铝空气电池，所述纸基上滴加电解液。

【专利技术属性】
技术研发人员：高钱，王宏超，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22