证本实施例的效果，对得到的铝空气电池性能进行测试。将如上所述组装 好的金属空气电池在电池测试仪器上测试其放电性能，如图7所示。
[0090] 本实施例中，放电电压曲线如图7所示，电池由银铜合金催化剂层的空气电极+铝 板+0. 2M KOH溶液组成，在10mA cm_2的恒电流密度下放电时，放电电压平台始终在IV以 上，持续放电18个小时，放电电压保持平稳。
[0091] 实施例5
[0092] 本实施例是一种基于银铜催化的锌空气一次电池及其制备方法。所述金属空气电 池包括金属阳极、空气电极、电解液、玻璃纤维隔膜和电池壳，并按常规方法组装。本实施例 的特征在于，所述金属空气电池的催化剂层由无碳无粘接剂的Ag-Cu纳米合金组成，所述 的催化剂层的特征是：泡沫镍上直接激光脉冲沉积一层Ag-Cu合金，Ag-Cu合金的微观形貌 是直径为2?5纳米的球状富银纳米粒子均匀在分布在非晶态的富铜相中。Ag-Cu合金的 原子比为Ag:Cu = 50:50。Ag-Cu合金的组成元素为零价的Ag和Cu。Ag-Cu合金含有Ll2 相。
[0093] 所述金属空气电池制备过程是：
[0094] 步骤1，合成银铜合金催化剂层。Ll2相银铜合金使用脉冲激光沉积方法，靶材为 Ag/Cu原子比为50:50的5毫米厚银铜合金。首先将泡沫镍依次在丙酮中浸渍3h除油、 在5%的稀硫酸中浸泡15min去除氧化物，并用去离子水冲洗，晾干备用。将清洗干净泡沫 镍衬底固定在脉冲激光沉积系统的样品台上，将原子比为50:50的银铜合金靶固定在旋转 靶台上，调节衬底与靶的距离为5厘米，关严真空室各窗口后开启真空系统，将真空室内真 空度抽到2. 0*l(T4Pa后，使靶材和衬底以5转每分钟的转速均匀转动，用挡板挡住样品台， 开启脉冲激光器，使激光烧蚀靶材2分钟去除靶材表面氧化物后，取下挡板，开始沉积并计 时，沉积90分钟后，停止脉冲激光烧蚀，在保持真空的条件下，将样品降到室温后，向真空 室内充入氮气取出样品，得到银铜合金催化剂层。
[0095] 步骤2,制备空气扩散层。乙炔黑与PTFE按1 :2的比例在无水乙醇中，超声分散 15min，磁力转子搅拌30min，得到粘稠状的乙炔黑与PTFE的混合物。将所述乙炔黑与PTFE 的混合物置于80°C的恒温水浴锅中，保温至乙炔黑与PTFE混合物中的无水乙醇全部蒸发 完毕，并形成膏体状乙炔黑与PTFE混合物。将到的膏体状乙炔黑与PTFE混合物取出，用滤 纸吸掉表面水分，用辊压机压制成厚度为0. 5mm的膜状空气扩散层。
[0096] 步骤3,制备空气电极。将上述步骤中得到的银铜合金催化剂层放置在空气扩散层 上面，用辊压机将催化剂层与空气扩散层压制成厚度为0. 5_的膜状空气电极，用压片机 将得到的空气电极在2?3MPa的压力下压制5min。将空气电极放入真空干燥箱中，50°C的 温度下真空干燥30min，随炉冷却，即可得到基于银铜合金催化剂层的空气电极。
[0097] 步骤4,装配金属空气电池。将四乙二醇二甲醚溶液提纯，然后将二（三氟甲基磺 酸酰）亚胺锂溶质溶于提纯后的四乙二醇二甲醚溶剂中，配置成〇. 2M的二（三氟甲基磺酸 酰）亚胺锂溶液。将锂片、0.2M二（三氟甲基磺酸酰）亚胺锂溶液和得到的基于银铜合金 催化剂层的空气电极，按常规方式组装成可充锂空气电池。首先将电解质隔膜在0.2M二 (三氟甲基磺酸酰）亚胺锂溶液浸泡，保证电解质溶液能够充分浸湿电解质隔膜。再依次按 照由下到上的顺序将锂片、电解质隔膜和基于银铜催化的空气电极装入在电池正极壳上有 通气孔的电池壳中，再将装好的电池壳放入封口机中进行封口。即可得到可充锂空气电池。 锂空气电池所有的组装过程都在充满氩气的手套箱里面进行。
[0098] 为了验证本实施例的效果，对得到的可充锂空气电池性能进行测试。将如上所述 组装好的金属空气电池在电池测试仪器上测试其充放电性能，如图8所示。
[0099] 本实施例中，充放电电压曲线如图8所示，电池由银铜合金催化剂层的空气电极+ 锂片+0. 2M二（三氟甲基磺酸酰）亚胺锂溶液组成，在550mAg4的高倍率恒电流密度下充 放电时，放电电压平台始终在IV以上，持续充放电17个小时，充放电电压保持平稳。
【主权项】
1. 一种基于银铜催化的金属空气电池，包括金属阳极、空气电极、电解液、玻璃纤维隔 膜和电池壳，并按常规方法组装；其特征在于，所述空气电极中的催化剂层由无碳无粘接剂 的Ag-化纳米合金组成，所述的催化剂层是在泡沫镶上直接电沉积一层Ag-化合金，Ag-化 合金的微观形貌是球状纳米颗粒，球状纳米颗粒的直径为200?600纳米，且球面上附着均 匀分布的小颗粒；Ag-化合金的原子比为Ag ;化=25?75:75?25 ;Ag-化合金的组成元 素为零价的Ag和化；Ag-化合金为固溶体相或者是L12相。
2. -种制作权利要求1所述基于银铜催化的金属空气电池的方法，其特征在于，具体 过程是： 步骤1，合成银铜合金催化剂层： 当Ag-化合金为固溶体相时，通过电沉积方法在泡沫镶上合成银铜合金催化剂层；将 泡沫镶用丙酬和质量分数为5%的稀硫酸分别浸泡、清洗干净；制备由硝酸铜溶液、硝酸银 溶液和巧樣酸钢溶液组成的共沉积电解液；电极体系中的泡沫镶做工作电极，饱和甘 隶电极做参比电极，销网做对电极；将处理好的泡沫镶放入配制好的共沉积液中，电化学工 作站加-0. 4V的恒电位，电沉积50秒；去离子水清洗W去除泡沫镶上残余的共沉积液并吹 干，得到银铜合金催化剂层； 当Ag-化合金为L12相时，通过脉冲激光沉积的方法在泡沫镶上合成银铜合金催化剂 层；将泡沫镶用丙酬和质量分数为5%的稀硫酸分别浸泡、清洗干净；W Ag/化原子比为 50:50的银铜合金作为祀材，将清洗干净泡沫镶衬底固定在脉冲激光沉积系统的样品台上， 将所述祀材固定在旋转祀台上，调节衬底与祀材的距离为5厘米，将真空室内真空度抽到 2. 0*1〇-中a后，使祀和衬底W每分钟5转的转速均匀转动，开启脉冲激光器，使激光烧蚀祀 材2分钟去除祀材表面氧化物后，开始沉积；沉积90分钟后，停止脉冲激光烧蚀，在保持真 空的条件下，将样品降到室温后，向真空室内充入氮气取出样品，得到银铜合金催化剂层； 步骤2,制备空气扩散层：己诀黑与PTFE按1 ;2的比例在无水己醇中超声分散15min， 并磁力转子揽拌30min，得到粘稠状的己诀黑与PTFE的混合物；将所述混合物置于80°C的 恒温水浴锅中，保温至己诀黑与PTFE混合物中的无水己醇全部蒸发完毕，并形成膏体状的 己诀黑与PTFE混合物；将到的膏体状己诀黑与PTFE混合物取出，用滤纸吸掉表面水分，用 漉压机压制成膜状空气扩散层； 步骤3,制备空气电极：将得到的银铜合金催化剂层放置在空气扩散层上面，用漉压机 将催化剂层与空气扩散层压制成厚度为膜状空气电极，用压片机将得到的膜状空气电极在 2?3MPa的压力下压制5min ;将经过压制的膜状空气电极放入真空干燥箱中，50°C的温度 下真空干燥30min，随炉冷却，到基于银铜合金催化剂层的空气电极； 步骤4,装配金属空气电池；按常规方法组装成金属空气电池。
3. 如权利要求2所述基于银铜催化的金属空气电池的方法，其特征在于，所述共沉积 的电解液由0. 01?0. 〇3mol ?。的硝酸铜溶液，0. 01?0. 03mol ? L 4的硝酸银溶液和 0. 005mol ? L-1的巧樣酸钢溶液组成。
【专利摘要】一种基于银铜催化的金属空气电池及其制备方法。所述金属空气电池包括金属阳极、空气电极、电解液、玻璃纤维隔膜和电池壳，并按常规方法组装。空气电极中的催化剂层由无碳无粘接剂的Ag-Cu纳米合金组成，催化剂层是在泡沫镍上直接电沉积一层Ag-Cu合金，Ag-Cu合金的微观形貌是球状纳米颗粒，球状纳米颗粒的直径为200～600纳米，且球面上附着均匀分布的小颗粒。Ag-Cu合金的原子比为Ag：Cu＝25～75:75～25。Ag-Cu合金的组成元素为零价的Ag和Cu。Ag-Cu合金为固溶体相或者是L12相。本发明中的金属空气电池可以获得较高的放电电压，良好的耐二氧化碳和海水腐蚀性，优异的充放电往复循环效率。
【IPC分类】H01M12-06, H01M4-88, H01M4-86
【公开号】CN104538709
【申请号】CN201410810251
【发明人】陈福义, 靳亚超
【申请人】西北工业大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月22日