专利名称：一种冷压工艺方法制作的锌－空气金属燃料电池氧电极的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电化学技术及电池制造技术领域，尤其涉及一种锌-空气金属燃料电池氧电极。
背景技术：
锌-空气金属燃料电池是当前电池领域中的最新技术，具有比能量高、工作电压平稳，原材料廉价易得等优点，被称为“面向21世纪的绿色能源”，广泛应用于航海中的航标灯、无人观测站、无线电中继站、军事设备、电力车辆、移动通讯设备等。
锌-空气金属燃料电池是以电极电位较负的金属锌作负极，以空气中氧或纯氧作正极活性物质，电解液一般采用碱性电解质水溶液。目前影响锌-空气金属燃料电池进行工业化生产的关键技术是其氧电极的制备问题。氧电极是整个锌-空气金属燃料电池的关键所在，而氧电极性能受着制备工艺、防水透气层性能、催化剂制备与性能和集流体等多种因素的影响，所以对氧电极原材料成分的用量及成型工艺条件优化，确定氧电极最佳制备工艺，以期制备出电阻小、疏水性强、透气性佳、寿命长的电极物质结构、低制造成本和机械强度高的氧电极，因此对氧电极性能研究生产，对发展锌-空气金属燃料电池具有重大意义。
发明内容
本实用新型的目的提供一种冷压工艺方法制作的锌-空气金属燃料电池氧电极，其具有真实表面积高、极限扩散电流密度高、交换电流密度高、电导率大、化学稳定性好、电流分布均匀、保持反应区稳定、机械强度高、工作寿命长、适用温度范围宽和环保、低原材料成本的锌-空气金属燃料电池氧电极。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种锌-空气金属燃料电池氧电极，其包括一防水层和一催化层，防水层和催化层之间夹置一集流体，三者用冷压工艺方法一体成型。
所述的集流体可采用泡沫镍或镍网、镀银铜网、不锈钢网和泡沫铜材质制成。
所述的防水层原材料由乙炔黑、活性炭、石墨、聚四氟乙烯乳液或聚四氟乙烯粉料、乙醇、硫酸钠、氧化锌组合而成。
所述的催化层原材料由硝酸银、硝酸锰、硝酸镧、硝酸铜、硝酸铁、硝酸镍、硝酸钴、硝酸铵、硝酸铋、碳酸氢铵、OP(辛烷基酚聚氧乙烯醚)和聚四氟乙烯组合而成。
本实用新型优点在于1、具有高的真实比表面；2、具有高孔隙率及高极限扩散电流密度、高的交换电流密度；3、电导率大、电流分布均匀；4、化学稳定性好；5、机械强度好，工作寿命长；6、适用温度范围宽，原材料成本低且环保。
图1为本实用新型锌-空气金属燃料电池氧电极结构示意图(主视)图2为本实用新型锌-空气金属燃料电池氧电极结构示意图(俯视)具体实施方式
如图1、图2所示，本实用新型锌-空气金属燃料电池氧电极包括一防水透气层1和一催化层2，中间放置有一集流体3，三者可用冷压工艺方法将三体成型。其中4为空气引出极。
所述的防水透气层原材料由乙炔黑、活性炭、石墨、乙醇、硫酸钠、聚四氟乙烯粉料和聚四氟乙烯乳液组合而成。
所述催化剂层原材料由硝酸银、硝酸锰、二氧化锰、硝酸镧、硝酸铜、硝酸铁、硝酸镍、硝酸钴、硝酸铵、硝酸铋、碳酸氢铵、OP(辛烷基酚聚氧乙烯醚)、聚四氟乙烯粉料和聚四氟乙烯乳液组合而成。
所述的集流体可采用不同材料，如泡沫镍、镍网、镀银铜网、不锈钢网和泡沫铜等。
上述锌-空气金属燃料电池氧电极工作原理(在碱溶液)O2+2H2O+4e→4OH-
此反应是在碱性溶液中氧电极还原反应的总的表述式，要是考虑到实际气相中氧必须首先溶解入溶液，再在电极表面进行化学吸附才进行电极反应，则它的反应过程复杂的多，目前世界上正在研究探索，没有统一结论，可以简单地表示为
1)氧电极防水透气层制备可用冷压工艺制备将乙炔黑、活性炭、石墨、硫酸钠和无水乙酸按粉占40～80％，硫酸钠占10～20％的比例混合后分散均匀。加入聚四氟乙烯乳液或聚四氟乙烯粉料占10～50％，在40～60℃凝聚，经碾压制成厚度0.2～0.8毫米的防水透气层(滚膜机温度60～80℃)。
2)催化层制备将硝酸银、硝酸铜、硝酸铁、硝酸镧、硝酸锰等(6～50％比例)溶于蒸馏水中，配成活化液，将活性炭、石墨、乙炔黑等(50～94％比例)，逐渐加入活化液中，充分搅拌使碳粉均匀吸收活化液，然后在60～80℃下烘干，将干燥的碳粉用玻璃丝布包好，放在铁盒内，周围用粗活性炭掩盖于马伏炉至240～400℃，保温1～3小时，自然冷却至室温，过100目筛，按聚四氟乙烯(10～30％比例)，加入碳粉中再加入一定量蒸馏水充分搅拌均匀，用滚膜机进行滚压(滚膜机温度60～80℃)，压制成0.10～0.20毫米膜。
3、氧电极成型按照防水透气层、集流体、催化层的顺序，在压机上以200～500kg/cm2压力压合成型，冷压成型温度为环境温度，厚度为0.3～1.0毫米。水浸溶出造孔剂120℃烘干。
对本实用新型锌-空气金属燃料电池氧电极的催化层厚度及防水透气层厚度制作时有一定限制，使最终制成的氧电极厚度不超1.0毫米，以方便使用需要。
本实用新型锌-空气金属燃料电池氧电极制造工艺简单可靠，结构设计合理、成本低、适合批量生产；本实用新型锌-空气金属燃料电池氧电极，可用于多种用途，锌-空气金属燃料电池上，具有很大的经济和社会效益。
权利要求1.一种冷压工艺方法制作的锌—空气金属燃料电池氧电极，其特征在于包括一防水层和一催化层，防水层和催化层之间夹置一集流体，三者用冷压工艺方法一体成型。
2.根据权利要求1所述的冷压工艺方法制作的锌—空气金属燃料电池氧电极，其特征在于所述的集流体为采用泡沫镍或镍网、镀银铜网、不锈钢网和泡沫铜材质制成的集流体层。
3.根据权利要求1所述的冷压工艺方法制作的锌—空气金属燃料电池氧电极，其特征在于所述的氧电极厚度为0.3～1.0毫米。
4.根据权利要求1所述的冷压工艺方法制作的锌—空气金属燃料电池氧电极，其特征在于所述的氧电极催化层厚度为0.10～0.20毫米。
5.根据权利要求1所述的冷压工艺方法制作的锌—空气金属燃料电池氧电极，其特征在于所述的氧电极防水层厚度为0.2～0.8毫米。
专利摘要本实用新型公开一种冷压工艺方法制作的锌—空气金属燃料电池氧电极，其包括一防水层和一催化层，防水层和催化层之间夹置一集流体，三者用冷压工艺方法一体成型。所述的集流体可采用泡沫镍或镍网、镀银铜网、不锈钢网和泡沫铜材质制成。所述的防水透气层原材料由乙炔黑、活性炭、石墨、聚四氟乙烯乳液或聚四氟乙烯粉料、乙醇、硫酸钠、氧化锌组合而成；催化层原材料由硝酸银、硝酸锰、硝酸镧、硝酸铜、硝酸铁、硝酸镍、硝酸钴、硝酸铵、硝酸铋、碳酸氢铵、辛烷基酚聚氧乙烯醚和聚四氟乙烯组合而成。
文档编号H01M4/86GK2932637SQ20062000467
公开日2007年8月8日 申请日期2006年4月11日 优先权日2006年4月11日
发明者周利民, 周跃民, 王艳境, 刘伟春, 王菁迅 申请人:北京长力联合能源技术有限公司