一种二氧化锰碳基镀银的铝空电池空气电极及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于铝空气电池制备技术领域，具体涉及一种二氧化锰碳基镀银的铝空电 池空气电极及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 铝-空气电池是一种新型的具高能量的化学电源，该类电池具备能量密度大、寿 命长、可靠性高、无污染、材料来源广泛、质量轻等众多优点，一直是国内外研究的焦点之 一。铝-空气电池以氧气作为正极活性物质，以一定成份的铝合金作为负极活性物质。空 气电极催化剂的不断发展对金属-空气电池的发展起着极大的推动作用，因此催化剂材料 的研究制备显得尤为重要。
[0003] 铝-空气电池具有非常稳定的放电电压和较高的瞬时输出功率等众多优点，因而 在各种水下电源、便携式电源、备用电源中已经有较为广泛的应用。另外，一次铝-空气电 池具有使用寿命较长的优点，因此在合理价格范围内，也将会大量被用到移动通讯设备中 去。铝-空气电池符合电池行业的社会需求和发展趋势，其应用范围也将会延伸到各种社 会领域中去。发展此类电池需解决的关键性问题之一就是要开发出廉价且高效的氧还原反 应催化剂，从而提升电池的功率和放电电流及降低电池生产成本。
[0004] 氧电极的氧还原反应过程十分复杂，通常空气电极催化剂的电催化过程大致可分 为氧还原和过氧化氢分解这两个阶段，然而有时候不同的反应阶段对催化界面的需求不 同，甚至是存在矛盾的。使用混合催化剂可以非常有效地抑制阴极极化，使得每个反应阶段 均可以在对其有利的反应界面上进行。锰氧化物具有氧还原和过氧化氢分解活性，而且制 备工艺相对较简单、原料价格低廉。金属银粉具有活泼的化学性质，而无定形电积粉末形态 的银比表面积大，催化活性高，与碳基二氧化锰配合，非常适合于作空气电极的催化剂，能 有效提高铝空电池的电流密度。
[0005] 本发明主要围绕氧还原空气电极的制备，开发出一种经济实用、电化学性能优良 的二氧化锰-碳银基空气电极，从而在整体上使铝空气电池的成本下降，对铝空气电池的 产业化推广有一定的重要参考价值。
【发明内容】
[0006] 本发明对二氧化锰-碳银基空气电极的制备工艺进行了深入研究，首次提出了二 氧化锰_碳基电积银的制备工艺方法，目的在于提供一种廉价且高效的空气电极的制备方 法。
[0007] 本发明采用的技术方案如下： 一种二氧化锰碳基镀银的铝空电池空气电极的制备方法，包括如下步骤： 步骤（1 )，将二氧化锰粉、纳米碳及粘接剂PTFE(聚四氟乙烯)按质量比为5-7:2-4:3-5 进行混合，混合均匀后，加入乙醇，加入量为二氧化锰粉与纳米碳总质量的3-6倍，加入后 在超声波条件下进行搅拌分散反应，得到混合物料； 步骤（2)，对步骤（1)得到的混合物料进行压制，压制成二氧化锰-碳薄片，乙醇回收利 用，可重新用于步骤（1)的搅拌混合中； 步骤（3)，将硝酸银和焦亚硫酸钾分别溶于蒸馏水中，在不断搅拌下进行混合，混合液 中硝酸银浓度30-60g/L，焦亚硫酸钾浓度20-50g/L;混合均匀后加入硫代硫酸钠，加入量 为150-230g/L,混合均匀后作为电解液用； 步骤（4)，将步骤（2)得到的二氧化锰-碳薄片作为阴极，不锈钢板作为阳极，将它们放 入步骤（3)得到的电解液中进行电积； 步骤（5)，电积反应结束后，在阴极二氧化猛-碳薄片表面均勻分布一层0. 05-0. 1mm的 银，即二氧化锰-碳银基电极，然后将其放入干燥箱干燥，即制得二氧化锰碳基镀银的铝空 电池空气电极；电积后液配入相应的成分后返回电积工序。
[0008] 本发明技术方案中，步骤（1)所述二氧化锰粉、纳米碳及粘接剂PTFE在玻璃容器 中进行混合，混合时间为30-60min。
[0009] 本发明技术方案中，步骤（1)所述的在超声波条件下进行搅拌分散反应时，超声波 强度为20-80w/cm 2,反应时间为30-70min。
[0010] 本发明技术方案中，步骤（2)所述的二氧化锰-碳薄片的厚度为0.5-3mm，长为 150_500mm，宽为 100-300mm。
[0011] 本发明技术方案中，于步骤（4)所述的电积时控制电压为3-10V，电流密度为 100_300mA ? cm2,电积时间为 10_50min。
[0012] 进一步，优选的是所述的二氧化锰碳基镀银的铝空电池空气电极的制备方法，包 括如下步骤： 步骤（1 )，将粒度为50um的二氧化锰粉、纳米碳及粘接剂PTFE按质量比为5:2:3在玻 璃容器中进行混合，混合时间为40min后，加入乙醇，加入量为二氧化锰粉与纳米碳总质量 的4倍，加入后在超声波条件下进行搅拌分散反应，反应时超声波强度为20w/cm 2,反应时间 为30min，得到混合物料； 步骤（2)，对步骤（1)得到的混合物料进行压制，压制成二氧化锰-碳薄片，其厚度为 0. 5mm,长为 150mm，宽为 100mm ; 步骤（3)，将硝酸银和焦亚硫酸钾分别溶于蒸馏水中，在不断搅拌下进行混合，混合液 中硝酸银浓度30g/L，焦亚硫酸钾浓度20g/L;混合均匀后加入硫代硫酸钠，加入量为150g/ L,混合均匀后作为电解液用； 步骤（4)，将步骤（2)得到的二氧化锰-碳薄片作为阴极，不锈钢板作为阳极，将它们放 入步骤（3)得到的电解液中进行电积，电积时控制电压为3V，电流密度为100mA ?cnT2,电积 时间为l〇min ; 步骤（5)，电积反应结束后，在阴极二氧化锰-碳薄片表面均匀分布一层0. 05mm的银， 然后将其放入干燥箱干燥，即制得二氧化锰碳基镀银的铝空电池空气电极。
[0013] 进一步，优选的是所述的二氧化锰碳基镀银的铝空电池空气电极的制备方法，包 括如下步骤： 步骤（1)，将粒度为70um的二氧化锰粉、纳米碳及粘接剂PTFE按质量比为6:3:3在玻 璃容器中进行混合，混合时间为45min后，加入乙醇，加入量为二氧化锰粉与纳米碳总质量 的3倍，加入后在超声波条件下进行搅拌分散反应，反应时超声波强度为30w/cm 2,反应时间 为40min，得到混合物料； 步骤（2)，对步骤（1)得到的混合物料进行压制，压制成二氧化锰-碳薄片，其厚度为 1謹，长为18Ctam，宽为12Ctam ; 步骤（3)，将硝酸银和焦亚硫酸钾分别溶于蒸馏水中，在不断搅拌下进行混合，混合液 中硝酸银浓度40g/L，焦亚硫酸钾浓度30g/L;混合均匀后加入硫代硫酸钠，加入量为160g/ L,混合均匀后作为电解液用； 步骤（4)，将步骤（2)得到的二氧化锰-碳薄片作为阴极，不锈钢板作为阳极，将它们放 入步骤（3)得到的电解液中进行电积，电积时控制电压为3V，电流密度为120mA ?cnT2,电积 时间为20min ; 步骤（5)，电积反应结束后，在阴极二氧化锰-碳薄片表面均匀分布一层0. 06mm的银， 然后将其放入干燥箱干燥，即制得二氧化锰碳基镀银的铝空电池空气电极。
[0014] 进一步，优选的是所述的二氧化锰碳基镀银的铝空电池空气电极的制备方法，包 括如下步骤： 步骤（1 )，将粒度为80um的二氧化锰粉、纳米碳及粘接剂PTFE按质量比为6:2:3在玻 璃容器中进行混合，混合时间为50min后，加入乙醇，加入量为二氧化锰粉与纳米碳总质量 的4. 5倍，加入后在超声波条件下进行搅拌分散反应，反应时超声波强度为45w/cm2,反应时 间为45min，得到混合物料； 步骤（2)，对步骤（1)得到的混合物料进行压制，压制成二氧化锰-碳薄片，其厚度为 2謹，长为19Ctam,宽为13Ctam ; 步骤（3)，将硝酸银和焦亚硫酸钾分别溶于蒸馏水中，在不断搅拌下进行混合，混合液 中硝酸银浓度45g/L，焦亚硫酸钾浓度40g/L;混合均匀后加入硫代硫酸钠，加入量为165g/ L,混合均匀后作为电解液用； 步骤（4)，将步骤（2)得到的二氧化锰-碳薄片作为阴极，不锈钢板作为阳极，将它们放 入步骤（3)得到的电解液中进行电积，电积时控制电压为3V，电流密度为130mA ?cnT2,电积 时间为30min ; 步骤（5)，电积反应结束后，在阴极二氧化锰-碳薄片表面均匀分布一层0. 08mm的银， 然后将其放入干燥箱干燥，即制得二氧化锰碳基镀银的铝空电池空气电极。
[0015] 进一步，优选的是所述的二氧化锰碳基镀银的铝空电池空气电极的制备方法，包 括如下步骤： 步骤（1 )，将粒度为80um的二氧化锰粉、纳米碳及粘接剂PTFE按质量比为7: 4:5在玻 璃容器中进行混合，混合时间为60min后，加入乙醇，加入量为二氧化锰粉与纳米碳总质量 的6倍，加入后在超声波条件下进行搅拌分散反应，反应时超声波强度为80w/cm 2,反应时间 为70min，得到混合物料； 步骤（2)，对步骤（1)得到的混合物料进行压制，压制成二氧化锰-碳薄片，其厚度为 3mm,长为 500mm,宽为 300mm ; 步骤（3)，将硝酸银和焦亚硫酸钾分别溶于蒸馏水中，在不断搅拌下进行混合，混合液 中硝酸银浓度60g/L，焦亚硫酸钾浓度50g/L;混合均匀后加入硫代硫酸钠，加入量为230g/ L,混合均匀后作为电解液用； 步骤（4)，将步骤（2)得到的二氧化锰-碳薄片作为阴极，不锈钢板作为阳极，将它们放 入步骤（3)得到的电解液中进行电积，电积时控制电压为10V，电流密度为300mA ? cnT2,电 积时间为50min ; 步骤（5)，电积反应结束后，在阴极二氧化锰-碳薄片表面均匀分布一层0. 1mm的银，然 后将其放入干燥箱干燥，即制得二氧化锰碳基镀银的铝空电池空气电极。
[0016] 进一步，优选的是所述的二氧化锰碳基镀银的铝空电池空气电极的制备方法，包 括如下步骤： 步骤（1 )，将粒度为80um的二氧化锰粉、纳米碳及粘接剂PTFE按质量比为5:3:4在玻 璃容器中进行混合，混合时间为55min后，加入乙醇，加入量为二氧化锰粉与纳米碳总质量 的5倍，加入后在超声波条件下进行搅拌分散反应，反应时超声波强度为60w/cm 2,反应时间 为60min，得到混合物料； 步骤（2)，对步骤（1)得到的混合物料进行压制，压制成二氧化锰-碳薄片，其厚度为 2. 2mm，长为 400mm，宽为 250_ ； 步骤（3)，将硝酸银和焦亚硫酸钾分别溶于蒸馏水中，在不断搅拌下进行混合，混合液 中硝酸银浓度52g/L，焦亚硫酸钾浓度38g/L ;混合均匀后加入硫代硫酸钠，加入量为200g/ L,混合均匀后作为电解液用； 步骤（4)，将步骤（2)得到的二氧化锰-碳薄片作为阴极，不锈钢板作为阳极，将它们放 入步骤（3)得到的电解液中进行电积，电积时控制电压为6V，电流密度为230mA ?cnT2,电积 时间为45min ; 步骤（5)，电积反应结束后，在阴极二氧化锰-碳薄片表面均匀分布一层0. 07mm的银， 然后将其放入干燥箱干燥，即制得二氧化锰碳基镀银的铝空电池空气电极。
[0017] 本发明与现有技术相比，其有益效果为： (1) 本发明首次提出了二氧化锰碳基镀银的铝空电池空气电极的制备方法，制得的空 气电极具有导电性好，催化效率高