专利名称：一种防碳酸化的锌－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，尤其涉及一种防碳酸化的锌-空气金属燃料电池氧电极。
技术背景随着科学技术迅速发展，人们生活水平日益提高，人们对能源依赖性越来越高，人们对电池产品的用途不断拓展，特别是电动车行业迅猛发展，需要比能量高，放电性能平稳，高比功率的电源。目前所用铅酸电池、锂离子电池、镍氢电池，它们要么比能量偏低，要么价格偏高，很难满足电动车市场需求；锌-空气金属燃料电池容量大，比能量高，工作电压平稳，原材料丰富，价格低廉，无污染等优势，能适应电动车的性能要求，但是锌-空气金属燃料电池是敞开式结构，湿贮存性能较差，其湿贮存性和间歇放电性能差。关键因素是空气中二氧化碳气体通过空气电极，一部分在空气电极中形成碳酸钾，一部分进入电解液中与氢氧化钾溶液反应产生碳酸化，导致碳酸钾在空气电极中结晶，堵塞空气电极透气孔或把空气电极胀裂破损，同时进入电解液后，氢氧化钾的浓度降低，电池的性能下降，不能正常工作。根据以上的核心问题，本专利改变了空气电极隔膜的材料，配比和工艺，提高金属负极隔膜性能，抑制碳酸化的产生有明显的效果。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种防碳酸化的锌-空气金属燃料电池氧电极，其可抑制空气电极因碳酸盐结晶导致空气电极破损及电解液的碳酸化，能提高锌-空气金属燃料电池的间歇放电能力。
为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案一种防碳酸化的锌-空气金属燃料电池氧电极，由空气电极及金属负极构成，空气电极上带有催化层，在催化层外侧加一层防碳酸化处理的隔膜；金属负极上包裹有防碳酸化处理的隔膜层。
所述催化层外侧防碳酸化处理隔膜加层由碱性电池的隔膜纸涂覆上碳酸盐材料层烘半干态后再加一防护膜层制成。
所述金属负极上包裹的防碳酸化处理隔膜层由碱性电池隔膜纸包裹后涂覆-层碳酸盐树脂层烘至半干态后涂上保护膜层制成。
本实用新型的优点在于1、在锌-空气金属燃料电池的空气电极、催化层内侧加防碳酸化处理的隔膜层，能抑制空气电极因碳酸盐结晶导致空气电极破损，有效提高了空气电极的循环寿命。
2、在锌-空气金属燃料电池的金属负极采用特殊工艺处理的隔膜包裹，能有效抑制锌-空气金属燃料电池中碱性电解液的碳酸化，提高电池间歇放电能力。
3、有效地提高了锌-空气金属燃料电池湿贮存期，可达-年。
图1 本实用新型防碳酸化的锌-空气金属燃料电池氧电极结构示意图具体实施方式
如图1所示，本实用新型防碳酸化的锌-空气金属燃料电池氧电极，由空气电极1及金属负极3构成，空气电极上带有催化层，在催化层2外侧加一层防碳酸化处理的隔膜5；金属负极上有防碳酸化处理的隔膜层6。
锌-空气金属燃料电池氧电极采用合成碳酸盐材料，均匀涂覆在空气电极隔膜上和包裹锌电极的隔膜上，有效地提高电池的贮存性能和间歇大电流放电性能，克服电池的渗漏和爬碱现象，且对负荷时的电压影响不大(可忽略)。
所述在催化层2外侧加置的防碳酸化处理隔膜是在锌-空气金属燃料电池空气电极内侧(催化层外侧)，采用碱性电池的隔膜纸，先涂覆上一层专用碳酸盐材料，放置烘箱中+40℃烘半干态，取出加一层防护膜溶液，又放回烘箱中+40℃烘干即可。当锌-空气金属燃料电池工作时，该层隔膜被电解液浸湿，有二氧化碳气体进入空气电极后形成碳酸盐、酸式碳酸盐不会流动扩散到电池中去，隔膜层中的HCO3-可以维持其饱和状态，抑制外界的二氧化碳气体能力随着加强，空气电极内部三相界面上不至于产生碳酸化结晶把空气电极胀裂，降低因碳酸盐结晶而堵塞空气电极的透气孔，空气电极的循环、更换寿命大大提高。
所述金属负极上包裹的防碳酸化处理隔膜层，其是将锌电极金属负极外围用碱性电池隔膜纸包裹后，涂覆一层碳酸盐树脂，放入烘箱中+40℃烘至半干态，取出后涂上一层保护膜溶液，又放回烘箱中+40℃烘干即可。在电池工作中，能有效地提高电池的贮存性能，提高大电流间歇放电性能，克服了电池渗漏爬碱现象，负载电压不受影响。
本实用新型防碳酸化的锌-空气金属燃料电池氧电极的性能提高原理1、隔膜中的碳酸盐树脂把CO2气体吸收在隔膜中，反应式CO3-+CO2+H2O＝2HCO3-。
2、当隔膜层中的酸式碳酸盐达到饱和时，即可抑制空气中CO2气体的进入，导致电解液浓度降低。
3、隔膜中因涂覆有高分子吸液树脂保护层，碱液反应即可自行糊化，隔膜的物质(包括碳酸盐、酸式碳酸盐等)不易流动扩散到电池中去，隔膜层中的[HCO3-] 可以保持其饱和状态，抑制空气中CO2气体能力，随着维持下去，此种工艺提高了锌-空气金属燃料电池间歇放电性能，提高了它的湿贮存性。
采用本实用新型技术方案，我公司利用该防碳酸化的锌-空气金属燃料电池氧电极研制制作的机械更换式动力锌-空气金属燃料电池，安装在电动大巴车上，技术参数为312V容量500Ah，其中采用624个单体(一串一并)的组合在额定电压288V功率55KW车辆上运行、试验，该组电池间歇运行从2005年12月6日开始，到2006年1月19日，每星期试运行80km左右，40多天中间歇运行300km。电池机械更换时，检查空气电极和电解液没有因为碳酸化导致电池性能下降，有效的抑制锌-空气金属燃料电池的碳酸化技术问题。
权利要求1.一种防碳酸化的锌-空气金属燃料电池氧电极，由空气电极及金属负极构成，空气电极上带有催化层，其特征在于在催化层外侧加一层防碳酸化处理的隔膜；金属负极上包裹有防碳酸化处理的隔膜层。
2.根据权利要求1所述的防碳酸化的锌-空气金属燃料电池氧电极，其特征在于所述空催化层外侧防碳酸化处理隔膜加层由碱性电池的隔膜纸涂覆上碳酸盐材料层烘半干态后再加一防护膜层制成。
3.根据权利要求1所述的防碳酸化的锌-空气金属燃料电池氧电极，其特征在于所述金属负极上包裹的防碳酸化处理隔膜层由碱性电池隔膜纸包裹后涂覆一层碳酸盐树脂层烘至半干态后涂上保护膜层制成。
专利摘要本实用新型公开了一种防碳酸化的锌—空气金属燃料电池氧电极，由空气电极及金属负极构成，空气电极上带有催化层，在催化层外侧加一层防碳酸化处理的隔膜；金属负极上包裹有防碳酸化处理的隔膜层。所述催化层外加置的防碳酸化处理隔膜由碱性电池的隔膜纸涂覆上碳酸盐材料层烘半干态后再加一防护膜层制成。所述金属负极上包裹的防碳酸化处理隔膜层由碱性电池隔膜纸包裹后涂覆一层碳酸盐树脂层烘至半干态后涂上保护膜层制成。
文档编号H01M4/86GK2906947SQ20062001266
公开日2007年5月30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