一种金属空气电池阴极结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及金属空气电池技术领域，尤其涉及一种金属空气电池阴极结构。
【背景技术】
[0002]当前全球的能源供给日趋匮乏，人们正在探索新的能源。燃料电池作为高效、洁净、利用能源的新技术，已成为当今世界能源领域的开发热点。金属空气电池发挥燃料电池的优点，以空气中的氧作为阳极活性物质，金属M(锌、铝、锂等)作为阴极活性物质，空气中的氧气可源源不断地通过气体扩散电极到达电化学反应界面与金属M(锌、铝、锂等)反应而放出电能。且由于金属空气电池的原材料丰富、性能价格比高并且完全无污染，因此，被称为是面向21世纪的绿色能源。金属空气电池(如镁空气电池、铝空气电池与锂空气电池)的理论能量密度远远高于铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池，并且接近能量密度最高的氢氧燃料电池和汽油。因此，金属空气电池被认为是汽车动力电源的最佳候选之一。
[0003]金属空气电池一般由金属阳极、电解液及空气阴极组成，其中空气阴极是金属空气电池的核心部件，阴极的催化活性及阴极的有效活性面积大小将直接影响金属空气电池的性能。近年来产业界、学术界除了聚焦在开发高性能氧还原催化剂上，同时也在电极与电池结构方面做了大量的工作，电极的结构对电池的比能量密度影响较大，尤其是汽车动力电池较关注的体积能量密度。
[0004]目前所公开的金属空气电池阴极结构主要有以下几种:平板式及圆筒式空气电极结构。其中因平板式结构便于大规模生产及组装电池组，因此在高能量密度电池研发方面更受青睐。然而，平板式空气阴极结构在单位平面上的有效空气电极反应面积较小，在一定程度上降低了金属空气电池的体积能量密度。
【实用新型内容】
[0005]针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种可提高金属空气电池体积能量密度的空气阴极结构。
[0006]一种金属空气电池的空气阴极，其包括平板状的基板，所述基板的上表面为反应面，所述基板的上表面沿着第一方向间隔地设置多个第一凹槽，所述多个第一凹槽的长度延伸方向沿着第二方向，并且所述第一方向与所述第二方向垂直。
[0007]进一步地，所述多个第一凹槽沿着所述第二方向贯穿所述基板的两相对侧。
[0008]进一步地，所述多个第一凹槽之间的间距相等。
[0009]进一步地，所述基板的下表面沿着所述第一方向间隔的设置有多个第二凹槽，所述多个第二凹槽的长度延伸方向沿着所述第二方向，并且相邻两个所述第一凹槽之间设置一个所述第二凹槽。
[0010]进一步地，所述多个第二凹槽之间的间距相同。
[0011]进一步地，所述第一凹槽的倾斜角度为30?60°。
[0012]一种金属空气电池阴极结构，包括平板状的基板，所述基板的上表面为反应面，所述基板的上表面向内凹陷有多个凹槽，从而使得所述反应面呈褶皱状。
[0013]本实用新型的金属空气电池阴极结构，通过在基板的反应面上设置多个第一凹槽，使得基板的反应面呈褶皱状，从而增大了空气阴极结构的反应面的反应面积，在单位平面上的有效空气电极反应面积大幅度提高，在一定程度上提高了金属空气电池单位体积内的有效三相反应界面，进而提高了金属空气电池的体积能量密度，降低了电池集成模块的体积。
【附图说明】
[0014]为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1是本实用新型的金属空气电池阴极结构的结构示意图。
[0016]图2是图1的侧视结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
[0018]请参照图1和图2，本实用新型实施例提供一种金属空气电池阴极结构，包括平板状的基板10，所述基板10的上表面为反应面。所述基板10的上表面沿着第一方向(例如基板的长度延伸方向)间隔地设置多个第一凹槽101，所述多个第一凹槽101的长度延伸方向沿着第二方向(例如基板的宽度延伸方向)，并且所述第一方向与所述第二方向垂直。
[0019]本实用新型金属空气电池阴极结构通过在基板10的上表面即反应面上设置第一凹槽101，使本实用新型金属空气电池阴极结构的反应面呈褶皱状，对于两个长度和宽度相同的基板而言，具有褶皱状的反应面的基板的反应面积明显大于具有平坦的反应面的基板的反应面积，因此，本是实用新型的空气阴极结构可以有效增大空气阴极结构的反应面的反应面积，在单位平面上的有效空气电极反应面积大幅度提高，在一定程度上提高了金属空气电池的体积能量密度，降低了电池集成模块的体积。优选地，所述第一凹槽(101)的倾斜角度为30?60°。
[0020]在本实施例中，为了增大基板10的反应面的反应面积，所述多个第一凹槽101沿着所述第二方向贯穿所述基板10的两相对侧。
[0021]在本实施例中，为了使得方便制造本实用新型金属空气电池阴极结构，所述多个第一凹槽101之间的间距相等；进一步地，所述基板10的下表面沿着所述第一方向间隔的设置有多个第二凹槽102，所述多个第二凹槽102的长度延伸方向沿着所述第二方向，并且相邻两个所述第一凹槽101之间设置一个所述第二凹槽102 ;更近一步地，所述多个第二凹槽102之间的间距相同，即每个第二凹槽102位于两个第一凹槽101的中间位置，换句话说，也就是，在本实施例中，本实用新型的空气阴极结构成波浪状。
[0022]制备本实用新型的金属空气电池阴极结构的方法如下:
[0023]提供平板状的空气电极导电支撑体；
[0024]在所述空气电极导电支撑体上制备疏水PTFE乳液；
[0025]将所述制备有疏水PTFE乳液的空气电极导电支撑体烘干后焙烧；
[0026]在焙烧后的所述空气电极导电支撑体的一侧制备催化剂；
[0027]在将所述制备催化剂的空气电极导电支撑体烧结后，在所述空气电极导电支撑体的另一侧制备集流体层(即形成基板10);以及
[0028]通过弯曲或者具有褶皱的模具上以热压的方式一体成型获得所述金属空气电池阴极结构。
[0029]在本实施例中，所述空气电极导电支撑体的材料为炭纤维毡、石墨纤维毡或石墨化纤维毡。
[0030]在本实施例中，在所述步骤在所述空气电极导电支撑体上制备疏水PTFE乳液中，通过浸渍、涂布或者喷涂的方式在所述空气电极导电支撑体上制备疏水PTFE乳液。
[0031 ] 在本实施例中，所述集流体为镍网、铜网或泡沫镍。
[0032]本实用新型的金属空气电池阴极结构，通过在基板10的反应面上设置多个第一凹槽101，使得基板10的反应面呈褶皱状，从而增大了空气阴极结构的反应面的反应面积，在单位平面上的有效空气电极反应面积大幅度提高，在一定程度上提高了金属空气电池的体积能量密度，降低了电池集成模块的体积。
[0033]以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种金属空气电池阴极结构，包括平板状的基板(10)，所述基板(10)的上表面为反应面，其特征在于，所述基板(10)的上表面沿着第一方向间隔地设置多个第一凹槽(101)，所述多个第一凹槽(101)的长度延伸方向沿着第二方向，并且所述第一方向与所述第二方向垂直。
2.根据权利要求1所述的金属空气电池阴极结构，其特征在于，所述多个第一凹槽(101)沿着所述第二方向贯穿所述基板(10)的两相对侧。
3.根据权利要求2所述的金属空气电池阴极结构，其特征在于，所述多个第一凹槽(101)之间的间距相等。
4.根据权利要求3所述的金属空气电池阴极结构，其特征在于，所述基板(10)的下表面沿着所述第一方向间隔的设置有多个第二凹槽(102)，所述多个第二凹槽(102)的长度延伸方向沿着所述第二方向，并且相邻两个所述第一凹槽(101)之间设置一个所述第二凹槽(102)。
5.根据权利要求4所述的金属空气电池阴极结构，其特征在于，所述多个第二凹槽(102)之间的间距相同。
6.根据权利要求1所述的金属空气电池阴极结构，其特征在于，所述第一凹槽(101)的倾斜角度为30?60°。
7.—种金属空气电池阴极结构，包括平板状的基板(10)，所述基板(10)的上表面为反应面，其特征在于，所述基板(10)的上表面向内凹陷有多个凹槽，从而使得所述反应面呈褶皱状。
【专利摘要】本实用新型提供一种金属空气电池阴极结构，包括平板状的基板，所述基板的上表面为反应面，所述基板的上表面沿着第一方向间隔地设置多个第一凹槽，所述多个第一凹槽的长度延伸方向沿着第二方向，并且所述第一方向与所述第二方向平行。本实用新型的金属空气电池阴极结构，通过在基板的反应面上设置多个第一凹槽，使得基板的反应面呈褶皱状，从而增大了空气阴极结构的反应面的反应面积，在单位平面上的有效空气电极反应面积大幅度提高，在一定程度上提高了金属空气电池的体积能量密度，降低了电池集成模块的体积。
【IPC分类】H01M4-86
【公开号】CN204558585
【申请号】CN201520148253
【发明人】薛业建, 刘兆平, 苗鹤, 王勤, 孙珊珊, 李世华
【申请人】中国科学院宁波材料技术与工程研究所
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年3月16日