一种金属燃料电池用空气电极催化剂以及空气电极和金属燃料电池的制作方法

本发明涉及金属燃料电池正极材料
技术领域：
，具体涉及一种金属燃料电池用空气电极催化剂以及应用该催化剂的空气电极和金属燃料电池。
背景技术：
：金属燃料电池是以金属为燃料，利用氧气为氧化剂发生化学反应，将化学能转化为电能的新型环保型电池，其实现能量转化的一个重要步骤是利用空气电极将空气中的氧气还原，因此，空气电极催化剂一直是制约金属燃料电池发展的重要因素。目前的空气电极催化剂主要包括以下几类：(1)贵金属催化剂，包括银、铂及其合金等，其催化活性高，时效长，缺点是价格昂贵、资源有限，因而难以广泛应用；(2)尖晶石型氧化物或钙钛矿型氧化物，这类催化剂具有较高的催化活性和稳定性，但是前者稳定性会随着使用时间的增长而逐渐衰减，后者合成过程过于复杂，均不利于大规模的生产应用；(3)金属锰氧化物，锰氧化物具备较好的氧还原催化活性，其价格相对较低，但是不环保，容易造成重金属污染。技术实现要素：为解决现有技术的上述不足，一方面，提供一种环保性好、成本低廉的空气电极催化剂。具体实施方式如下：一种金属燃料电池用空气电极催化剂，以硅微粉为催化活性组分。优选的，所述空气电极催化剂包括以下按重量份计的组分：硅微粉20～35份，吸附剂20～50份，导电剂5～25份，粘接剂10～30份，溶剂适量。优选的，所述硅微粉粒径为50nm～10μm。优选的，所述吸附剂为活性炭和活性氧化铝中的一种或两种。优选的，所述导电剂选自炭黑、石墨烯、金属粉及导电聚合物中的至少一种，其中的导电聚合物可以是聚噻吩、聚苯胺等。优选的，所述粘接剂选自聚四氟乙烯、低压聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇中的至少一种。优选的，所述溶剂为乙醇。另一方面，还提供一种应用上述催化剂的空气电极。再一方面，还提供一种应用上述空气电极的金属燃料电池。本发明一种实施方式的有益效果：硅微粉是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料，其来源广泛，成本低廉，发明人创造性地发现，将该材料应用于空气电极能显示出较好的催化活性，与现有的贵金属、锰氧化物等催化剂相比，能同时兼顾高催化性、低成本和环保的特性，具有显著的生产应用价值。附图说明图1为实施例和对比例的恒流放电曲线图。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例对本发明进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下实施例和对比例中，硅微粉购自广州歌林尔新材料有限公司；聚四氟乙烯乳液购自广州松柏化工有限公司，固含60％，表1配比按固体份计；其余组分均为常规材料。实施例1-3配方(溶剂除外)如表1所示。表1(单位：重量份)实施例4与实施例1相比，区别在于，硅微粉粒径为500nm。对比例配方(溶剂除外)如表1所示。按上述配比将各实施例和对比例的各组分混合，用适量乙醇作溶剂，调制成膏状物，辊压，制成催化膜，也可将该膏状物直接涂覆在集流体上辊压成型。将该催化膜与防水透气膜分别置于正极集流体两侧，辊压，制成空气电极，再将该空气电极与隔膜、铝板、负极集流体、电解液等组装成单电池，铝板面积10cm2，空气电极与铝板间隔为4mm，空气电池的装配方法及所用零部件和材料均采用常规手段。实施例1-4和对比例的催化剂所对应的电池开路电压如表2所示。实施例1-3和对比例的空气电池在150ma/cm2的恒流放电曲线见图1，实施例4的恒流放电平台电压略高于实施例1，未示出。表2催化剂类型开路电压/v实施例11.897实施例21.905实施例31.780实施例41.901对比例1.840由以上结果可知，硅微粉具有较好的催化活性，与同等含量的二氧化锰相比，电位更高。由实施例4与实施例1的比较可知，粒径更小的硅微粉更有利于开路电压的提高。以上实施例是对本发明的解释，但是，本发明并不局限于上述实施方式中的具体细节，本领域的技术人员在本发明的技术构思范围内进行的多种等同替代或简单变型方式，均应属于本发明的保护范围。技术特征：技术总结本发明公开了一种金属燃料电池用空气电极催化剂以及空气电极和金属燃料电池，该空气电极催化剂以硅微粉为催化活性组分，与现有的贵金属、锰氧化物等催化剂相比，硅微粉催化剂能同时兼顾高催化性、低成本和环保的特性，具有显著的生产应用价值。技术研发人员：宋永江受保护的技术使用者：常州优特科新能源科技有限公司技术研发日：2019.05.21技术公布日：2019.08.13