一种金属空气电池用双催化层空气阴极的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属空气电池用空气阴极，具体地说涉及一种用于镁、铝、锌等金属空气电池用空气阴极；
[0002]本发明还涉及上述空气阴极的制备方法。
【背景技术】
[0003]金属空气电池是一种绿色环保化学电源。空气电极中气、固、液三相界面是电化学反应的场所。在一定的放电制度下，空气电极中三相界面不稳定，易从催化层向扩散层方向推移，三相界面面积逐渐减少，造成电解液渗漏，进而影响其放电性能和稳定性。专利CN102738472A提出了一种稳定型空气电极，包括防水层，气体扩散层，催化层，集流体，催化层能有效防止电解液渗漏，提高三相界面的稳定性。但将铜网直接置于两层催化层之间，集流体较易受到腐蚀使电极剥离，进而影响空气电极的使用寿命。
[0004]为提高三相界面稳定性，以及解决集流体腐蚀造成电极剥离的问题，本文提出了一种新型空气电极。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明采用以下方案来实现:
[0006]一种金属空气电池用双催化层空气阴极，包括依次层叠压合的疏水透气层、集流层、第一催化层和第二催化层；
[0007]所述第一催化层中疏水剂的含量大于第二催化层中疏水剂的含量。
[0008]所述集流层为表面涂覆有催化剂膏体的导电集流体。
[0009]所述催化剂膏体包括氧还原电催化剂、疏水剂、碳材料。
[0010]所述导电集流体为拉伸金属网、冲孔金属网、泡沫金属网中的一种。
[0011]所述第一和第二催化层均包括碳材料、氧还原电催化剂和疏水剂；所述第一催化层中疏水剂的含量为35%-70%，所述第二催化层中疏水剂的含量为20-60%。
[0012]所述疏水剂为聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、过氟烷基化物、聚乙烯中的一种或两种以上。
[0013]所述的氧还原电催化剂为担载或非担载型银锰催化剂、银催化剂、锰催化剂、钴催化剂中的一种或两种以上，或为尖晶石、钙钛矿中的一种或两种以上。
[0014]所述碳材料为乙炔黑、BP2000、AB碳粉、石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或两种以上。
[0015]所述空气电极由疏水透气层、集流层、第一催化层和第二催化层经辊压或油压热处理制备而成。
[0016]与现有技术相比，本发明所述金属空气电池用双催化层空气阴极，每层催化层中疏水剂含量不同，使催化层形成的孔隙结构不同，有利于维持三相界面的稳定性；集流体位于催化层和疏水透气层之间有利于电极的集流；采用经过疏水化处理的集流体，不影响电子电导，具有一定的抗腐蚀作用，同时可加强疏水透气层和催化层的结合作用，有效防止疏水透气层和催化层的剥离。
【附图说明】
[0017]图1为实施例1中所述金属空气电池的恒流放电曲线；
[0018]图2为实施例2中所述金属空气电池的恒流放电曲线。
【具体实施方式】
[0019]实施例1:
[0020]空气阴极包括疏水透气层、集流层、第一催化层和第二催化层；第一催化层中疏水剂PTFE的含量为50%，第二催化层中疏水剂PTFE的含量为37.5%。
[0021]集流层为表面涂覆有催化剂膏体的拉伸镍网，催化剂膏体的组成及含量:碳载银锰催化剂的质量含量10%，疏水剂PTFE的质量含量为20%，碳材料为BP2000。
[0022]疏水透气层由乙炔黑和PTFE组成，PTFE含量为70% ；
[0023]第一催化层为:氧还原电催化剂为碳载银锰催化剂，载量为2.6mg/cm2 ；
[0024]第二催化层为:氧还原电催化剂为碳载银锰催化剂，载量为1.9mg/cm2。
[0025]锌阳极为由锌粉压制而成；厚度0.5cm ；
[0026]上述空气电池组装成锌/空气电池进行测试，其中电极面积为380cm2 ;测试条件为:室温，50mA/cm2恒电流测试；测试结果如图1所示，从图1可以看出电池放电性能稳定，可长时间放电。
[0027]实施例2:
[0028]空气阴极包括疏水透气层、集流层、第一催化层和第二催化层；第一催化层中疏水剂PTFE的含量为37.5%，第二催化层中疏水剂PTFE的含量为20%。
[0029]集流层为表面涂覆有催化剂膏体的拉伸镍网，催化剂膏体的组成及含量:碳载银锰催化剂的含量10%，疏水剂PTFE的含量为20%，碳材料为BP2000。
[0030]疏水透气层由乙炔黑和PTFE组成，PTFE含量为70% ；
[0031]第一催化层为:氧还原电催化剂为碳载银锰催化剂，载量为2.8mg/cm2 ；
[0032]第二催化层为:氧还原电催化剂为碳载银锰催化剂，载量为2.5mg/cm2。
[0033]锌阳极为由锌粉压制而成；厚度0.5cm ；
[0034]上述空气电池组装成锌/空气电池进行测试，其中电极面积为380cm2 ;测试条件为:室温，50mA/cm2恒电流测试；测试结果如图1所示，从图2可以看出电池放电性能稳定，可长时间放电。
[0035]实施例3
[0036]空气阴极包括疏水透气层、集流层、第一催化层和第二催化层；第一催化层中疏水剂PTFE的含量为55%，第二催化层中疏水剂PTFE的含量为40%。
[0037]空气电极中其他组成及含量与实施例1中相同。上述空气电池组装成锌/空气电池进行测试,其中电极面积为380cm2 ;测试条件为:室温，50mA/cm2恒电流测试，电池放电性能稳定，可长时间放电。
[0038]实施例4
[0039]空气阴极包括疏水透气层、集流层、第一催化层和第二催化层；第一催化层中疏水剂PTFE的含量为35%，第二催化层中疏水剂PTFE的含量为15%。
[0040]空气电极中其他组成及含量与实施例2中相同。上述空气电池组装成锌/空气电池进行测试,其中电极面积为380cm2 ;测试条件为:室温，50mA/cm2恒电流测试，电池放电性能稳定，可长时间放电。
【主权项】
1.一种金属空气电池用双催化层空气阴极，其特征在于:包括依次层叠压合的疏水透气层、集流层、第一催化层和第二催化层； 所述第一催化层中疏水剂的含量大于第二催化层中疏水剂的含量。
2.如权利要求1所述金属空气电池用双催化层空气阴极，其特征在于:所述集流层为表面涂覆有催化剂膏体的导电集流体。
3.如权利要求2所述金属空气电池用双催化层空气阴极，其特征在于:所述催化剂膏体包括氧还原电催化剂、疏水剂、碳材料。
4.如权利要求2所述金属空气电池用双催化层空气阴极，其特征在于:所述导电集流体为拉伸金属网、冲孔金属网、泡沫金属网中的一种。
5.如权利要求1所述金属空气电池用双催化层空气阴极，其特征在于:所述第一和第二催化层均包括碳材料、氧还原电催化剂和疏水剂；所述第一催化层中疏水剂的含量为35%-55%，所述第二催化层中疏水剂的含量为15%-40%。
6.如权利要求1、2、3或5所述任一金属空气电池用双催化层空气阴极,其特征在于:所述疏水剂为聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、过氟烷基化物、聚乙烯中的一种或两种以上。
7.如权利要求1或3所述金属空气电池用双催化层空气阴极，其特征在于:所述的氧还原电催化剂为担载或非担载型银锰催化剂、银催化剂、锰催化剂、钴催化剂中的一种或两种以上，或为尖晶石、钙钛矿中的一种或两种以上。
8.如权利要求1或3所述金属空气电池用空气阴极，其特征在于:所述碳材料为乙炔黑、BP2000、、石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或两种以上。
9.按照权利要求1所述空气电极，其特征在于: 所述空气电极由疏水透气层、集流层、第一催化层和第二催化层经辊压或油压热处理制备而成。
【专利摘要】一种金属空气电池用双催化层空气阴极，其特征在于：包括依次层叠压合的疏水透气层、集流层、第一催化层和第二催化层；所述第一催化层中疏水剂的含量大于第二催化层中疏水剂的含量。与现有技术相比，本发明所述金属空气电池用双催化层空气阴极，每层催化层中疏水剂含量不同，使催化层形成的孔隙结构不同，有利于维持三相界面的稳定性；集流体位于催化层和疏水透气层之间有利于电极的集流；采用经过疏水化处理的集流体，不影响电子电导，具有一定的抗腐蚀作用,同时可加强疏水透气层和催化层的结合作用，有效防止疏水透气层和催化层的剥离。
【IPC分类】H01M4-86
【公开号】CN104716332
【申请号】CN201310691209
【发明人】孙公权, 齐鹭汀, 王素力, 王二东
【申请人】中国科学院大连化学物理研究所
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年12月15日