电极，其包含：(A)气体可扩散通过的固体介质，(B)至少一种导电碳质材料，(C)至少一种有机聚合物，(D)至少一种呈颗粒形式的通式(I)化合物：M1aM2bM3cM4dHeOf(I)；其中各变量各自定义如下：M1选自Mo、W、V、Nb和Sb，M2选自Fe、Ag、Cu、Ni、Mn和镧系元素，M3选自B、C、N、Al、Si、P和Sn，M4选自Li、Na、K、Rb、Cs、NH4、Mg、Ca和Sr，a为1-3，b为0.1-10，c为0-1，d为0-1，e为0-5，f为1-28，其中通式(I)化合物具有1-300m2/g的BET表面积。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电极及其制备和用途本专利技术涉及一种电极，其包含(A)气体可扩散通过的固体介质，(B)至少一种导电碳质材料，(C)至少一种有机聚合物，(D)至少一种呈颗粒形式的通式(I)化合物M1aM2bM3cM4dHeOf (I)其中各变量各自定义如下M1 选自 Mo、W、V、Nb 和 Sb，·M2 选自 Fe、Ag、Cu、Ni、Mn 和镧系元素，M3 选自 B、C、N、Al、Si、P 和 Sn，M4 选自 Li、Na、K、Rb、Cs、NH4、Mg、Ca 和 Sr,a 为 1-3，b 为 O. 1-10，c 为 0-1，d 为 0-1，e 为 0-5,f 为 1-28，其中通式⑴化合物具有l_300m2/g的BET表面积。本专利技术进一步涉及本专利技术电极在电化学电池，例如在金属-空气电池组，例如镉-空气电池组、铝-空气电池组或铁-空气电池组，尤其是在Zn-空气电池组中的用途。本专利技术进一步涉及一种制备本专利技术电化学电池的方法以及一种制备本专利技术电极的方法。对常规电化学电池的替代方案的研究已进行了许多年，在常规电化学电池中，电荷传输在一定程度上通过水合质子进行，因此最大电压受到限制。就此而言，一种替代的电能储存介质为锂离子电池组，其中电荷传输由处于非水性溶剂中的锂离子确保。然而，许多该类电池组对空气和水分敏感，在最坏情况下这会导致有瑕疵的锂离子电池组自燃。 此外，还期望电化学电池具有高能量密度。一种改进措施为金属-空气电池组(例如锌-空气电池组)。在一个通常的实施方案中，在碱性电解质存在下用大气氧氧化金属(例如锌)以形成氧化物或氢氧化物。所释放出的能量以电化学方式利用。这类电池组可通过还原放电中所形成的金属离子而充电。就此而言，已知将气体扩散电极(GDE)用作阴极。气体扩散电极是多孔的且具有双功能作用。金属-空气电池组必须可在放电期间使大气氧还原成氢氧根离子，且在充电期间使氢氧根离子氧化成氧气。就此而言，例如已知气体扩散电极在位于由细碎分散的碳构成的载体材料上的结构，所述载体材料包含用于催化氧气还原或氧气生成的一种或多种催化剂。此处，催化剂的选择非常重要。就此而言，划分为如下催化剂纯放电催化剂，例如金属氧化物如 MnO2, Co3O4, La203、LaNi03、NiCo2O4' LaMnO3 和 LaNiO3 ;金属，例如 Ag ;金属络合物，例如CoTMMP(四甲氧基苯基卟啉)和FeTMMP-Cl ;金属氮化物，如Mn4N、CrN、Fe2N ;金属碳化物，如TaC、TiC和WC ；以及双官能催化剂，例如钙钛矿如Laa8Sra2B03(参见 V. Neburchilov 等，J. Power Scources, 2010,195,1271)或 La0 6Ca0 4Co03 (参见 WO2003/54989)。WO 2007/065899公开了用于二次金属-空气电池组的双官能催化剂，其中电极的活性层包含氧气还原催化剂以及选自La203、Ag2O和尖晶石的双官能催化剂。US 5，318，862公开了由石墨、NiS, FeffO4和WC的结块混合物构成的电极材料，所述混合物涂覆有钴。由上文所引用的现有技术已知的所有材料仍可改善至少一种下述性质电催化活性、耐化学性、耐电化学腐蚀性、机械稳定性、在载体材料上的良好粘合性以及与导电碳黑、粘结剂和存在的话的放电催化剂的低相互作用。因此，发现了开头所定义的电极。·开头所定义的电极(在本专利技术上下文中也称为本专利技术电极)包含(A)气体可扩散通过的固体介质(在本专利技术上下文中也称为介质㈧或载体(A)),(B)至少一种导电碳质材料，(C)至少一种有机聚合物，(D)至少一种呈颗粒形式的通式⑴化合物M1aM2bM3cM4dHeOf (I)其中各变量各自定义如下M1 选自 Mo、W、V、Nb 和 Sb，M2 选自 Fe、Ag、Cu、Ni、Mn 和镧系元素，M3 选自 B、C、N、Al、Si、P 和 Sn，M4 选自 Li、Na、K、Rb、Cs、NH4' Mg、Ca 和 Sr,a 为 1-3，b 为 O. 1-10，c 为 0-1，d 为 0-1，e 为 0-5，f 为 1-28，其中通式⑴化合物具有l_300m2/g的BET表面积。在本专利技术上下文中，气体可扩散通过的固体介质(也简称为介质(A))优选也视为即使在不施加高压下仍可使氧气或空气扩散通过的那些多孔体，例如金属网、由碳(尤其是活性碳)构成的气体扩散介质和位于金属网上的碳。透气性例如可类似于纸或纸板透气性的测量通过Gurley方法测定。在本专利技术的一个实施方案中，介质(A)具有20-1000秒/IOcm3空气，优选40-120秒/IOcm3的孔隙率。在本文中，秒表示“Gurley秒”。在本专利技术的一个实施方案中，空气或大气氧气可基本上无阻碍地流过介质(A)。在本专利技术的一个实施方案中，介质(A)为传导电流的介质。在本专利技术的优选实施方案中，介质㈧相对于在标准操作中(即充电期间和放电期间)在电化学电池中进行的反应呈化学惰性。在本专利技术的一个实施方案中，介质(A)选自具有20_1500m2/g的BET内表面积(优选称为表观BET表面积)的碳。在本专利技术的一个实施方案中，介质㈧选自金属网，例如镍网或钽网。金属网可粗可细。在本专利技术的另一实施方案中，介质(A)选自包含金属丝的织物、垫、毡或无纺布。在本专利技术的一个实施方案中，介质选自气体扩散介质，例如活性碳、铝掺杂的氧化锌、锑掺杂的氧化锡或多孔碳化物或氮化物如wc、Mo2C, Mo2N, TiN, ZrN或TaC。本专利技术电极进一步包含至少一种导电碳质材料(B)(在本专利技术上下文中也称为导电碳⑶)。导电碳⑶可选自例如石墨、活性碳、碳黑、碳纳米管、石墨烯或上述物质中至少两种的混合物。在本专利技术的一个实施方案中，导电碳(B)为碳黑。碳黑可例如选自灯黑、炉法碳黑、火焰碳黑、热裂碳黑、乙炔黑和工业碳黑。碳黑可包含杂质，例如烃，尤其是芳族烃，或含氧化合物或含氧基团，例如OH基。此外，碳黑中也可能存在含硫或含铁杂质。在介质(A)和导电碳⑶各自选择为活性碳的情况下，介质㈧与导电碳⑶可在化学上不同或优选相同。导电碳⑶可以以例如具有O. 1-lOOmm，优选2_20μπι的直径的颗粒形式存在。在一种变型中，导电碳⑶为部分氧化的碳黑。在本专利技术的一个实施方案中，导电碳⑶包括碳纳米管。碳纳米管(简称为CNT)， 例如单壁碳纳米管(SW CNT)和优选的多壁碳纳米管(MWCNT)本身是已知的。其制备方法和一些性能例如由 A. Jess 等描述于 Chemie Ingenieur Technik 2006, 78,94-100 中。在本专利技术的一个实施方案中，碳纳米管具有O. 4-50nm，优选l_25nm的直径。在本专利技术的一个实施方案中，碳纳米管具有IOnm至Imm,优选100_500nm的长度。碳纳米管可通过本身已知的方法制备。例如，可使挥发性碳化合物(例如甲烷或一氧化碳、乙炔或乙烯)或挥发性碳化合物的混合物(例如合成气)在一种或多种还原剂 (例如氢气)和/或其他气体(例如氮气)存在下分解。其他合适的气体混合物为一氧化碳与乙烯的混合物。合适的分解温度例如为400-1000° C，优选为500-800° C。合适的分解压力条件例如为标准压力至100巴,本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.22 EP 10166856.41.一种电极,其包含 (A)气体可扩散通过的固体介质， (B)至少一种导电碳质材料， (C)至少一种有机聚合物， (D)至少一种呈颗粒形式的通式(I)化合物M1aM2bM3cM4dHeOf (I) 其中各变量各自定义如下M1 选自 Mo、W、V、Nb 和 Sb,· M2选自Fe、Ag、Cu、Ni、Mn和镧系元素， M3 选自 B、C、N、Al、Si、P 和 Sn,M4 选自 Li、Na、K、Rb、Cs、NH4、Mg、Ca 和 Sr,a 为 1-3,b 为 O. 1-10，c 为 0-1,d 为 0-1,e 为 0-5，f 为 1-28， 其中通式(I)化合物具有l_300m2/g的BET表面积。2.如权利要求I的电极，其中化合物(D)选自混合氧化物和杂多酸及其盐。3.如权利要求I或2的电极，其中化合物(D)选自Fe-Ag-X-0、Fe-V-X-O,Ag-X-V-O,Ce-X-O和Fe-Χ-Ο，其中X选自钥和钨。4.如权利要求1-3中任一项的电极，其中有机聚合物(C)选自卤化(共)聚合物。5.如权利要求1-4中任一项的电极，其中固体介质⑷选自金属网和由碳构成的气体扩散介质。6.如权利要求1-5中任一项的电极，其中导电碳质材料(B)具有20-1500m2/g的BET表面积。7.如权利要求1-6中任一项的电极，其中化合物(D)具有10-50nm的平均初级粒径。8.如权利要求1-7中任一项的电极，其中化合物(D)呈附聚颗粒形式，其中附聚物具有20nm至50 μ m的平均直径。9.如权利要求1-8中任一项的电极，其进一步包含放电催化剂。10....
【专利技术属性】
技术研发人员：A·加祖赫，A·潘琴科，A·卡尔波夫，R·施密特，S·胡贝尔，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：
国别省市：
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