CN103326039A - 一种空气电极用催化剂、催化层喷涂剂、空气电极及制备方法 - Google Patents

一种空气电极用催化剂、催化层喷涂剂、空气电极及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103326039A
CN103326039A CN201310237873XA CN201310237873A CN103326039A CN 103326039 A CN103326039 A CN 103326039A CN 201310237873X A CN201310237873X A CN 201310237873XA CN 201310237873 A CN201310237873 A CN 201310237873A CN 103326039 A CN103326039 A CN 103326039A
Authority
CN
China
Prior art keywords
air electrode
catalyst
catalytic layer
preparation
transition zone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201310237873XA
Other languages
English (en)
Inventor
张树雄
张立
李传宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing Wenneng Energy Science & Technology Co Ltd
Original Assignee
Chongqing Wenneng Energy Science & Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing Wenneng Energy Science & Technology Co Ltd filed Critical Chongqing Wenneng Energy Science & Technology Co Ltd
Priority to CN201310237873XA priority Critical patent/CN103326039A/zh
Publication of CN103326039A publication Critical patent/CN103326039A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

本发明涉及一种空气电极用催化剂、催化层喷涂剂、空气电极及其制备方法，具体地讲涉及一种氧还原活性高的空气电极用催化剂、催化层喷涂剂、空气电极及可连续喷涂制备空气电极的方法。该催化剂包含载体和活性组分，载体为碳载体，活性组分为锰氧化物，其中掺杂重量百分比X为0＜X≤20％的银，还可以掺杂重量百分比为0-20％的氧化镍和/或氧化钴。该空气电极包括催化层、过渡层和防水透气层，其中催化层由催化层喷涂剂喷涂而得。该催化剂氧还原活性高；所制催化层喷涂剂用于制备空气电极时可以实现连续喷涂，继而实现空气电极的连续化生产，大幅提高生产效率；制备方法简单易于操作，成本低，适于工业化生产。

Description

一种空气电极用催化剂、催化层喷涂剂、空气电极及制备方法
技术领域
本发明涉及一种空气电极用催化剂及由该催化剂制备的催化层喷涂剂，具体地讲涉及一种氧还原活性高的空气电极用催化剂及催化层喷涂剂。
本发明还涉及一种空气电极，具体地讲涉及一种经上述催化层喷涂剂喷涂后制成的空气电极。
本发明还涉及上述催化剂、催化层喷涂剂及空气电极的制备方法。
背景技术
金属空气电池具有容量大、比能量高、工作电压平稳、使用安全、价格低廉、环境友好等优点，一直受到国内外研究单位和企业的关注。随着现代制造技术的发展，它的潜力逐渐表现出来，其应用领域逐渐扩大，不仅继续在便携式通信机、医疗器件、江河航标灯、电子手表、计算器等传统领域中广泛应用，而目前正开发适用于移动电话、笔记本电脑等多种先进便携式电子产品的电源，以及用于发展电动车辆动力电源。
氧电极是一种气体扩散电极，广泛地应用在燃料电池和金属空气电池中。该电极的催化层一面与电解质接触，另一面与氧气接触。在电池放电过程中氧电极作为阴极，氧气沿电极表面扩散进入电极内部，在催化剂的作用下发生还原反应。对于可充电池，氧电极在充电过程中作为阳极，在电极表面发生析氧反应。如果电池放电时直接消耗空气中的氧气，相应的电极就称为空气电极。
空气电极是金属-空气燃料电池中主要组成部件，其性能的好坏决定了电池输出功率的大小。提高空气电极的活性意味着：在一定的工作电流密度下，以空气电极为正极的金属-空气燃料电池有更高的输出电位和更好的输出功率。
制备高活性、薄层空气电极是提高金属空气电池性能的关键，其中包括高活性的氧还原催化剂、稳定高效的气体扩散电极以及集流方式等。
空气电极的更好发展主要来自于其中的氧电极催化剂的不断更新，因此催化剂材料的研究一直备受关注。寻找廉价、高效的催化剂已成为提高氧电极性能的关键。这个技术的进步将推动金属空气电池和燃料电池的发展。
空气电极性能的优劣除与催化剂有关之外，还与空气电极的结构相关，要求空气电极具有高孔隙率，孔分布均匀，透气性好，同时具有良好防渗透能力。制造出满足以上几个条件的高品质空气电极，空气电极中催化层的材料配比和制造方法及生产工艺是核心技术问题，为此需要通过大量试验和探索，从材料配比，混合材料制备，到电极成型工艺，形成空气电极制造技术核心。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空气(氧)电极用催化剂及其制备方法，其氧还原活性高。
本发明的另一目的在于提供一种由该催化剂制备的催化层喷涂剂，和经上述催化层喷涂剂喷涂后制成的空气(氧)电极。该催化层喷涂剂用于制备空气电极时可以实现连续喷涂，继而实现空气电极的连续化生产，大幅提高生产效率；该空气电极的催化性能极其优异且具有稳定高效的电化学性能。同时，本发明还提供了上述催化层喷涂剂及空气电极的制备方法，该制备方法简单易于操作，成本低，适于工业化生产。
本发明的技术方案如下：
一种空气电极用催化剂，包含载体和活性组分，载体为碳载体，活性组分为锰氧化物，可以是MnO、Mn2O3或Mn3O4中的一种或几种的混合物；其中掺杂贵金属及稀有金属化合物等辅助项催化剂，具体是重量百分比X为0＜X≤20％的银，还可以掺杂重量百分比为0-20％的氧化镍和/或氧化钴。
所述催化剂载体的重量百分比为2-70％，催化剂活性组分的重量百分比为30-98％。所述催化剂载体材料为乙炔黑、活性碳和/或碳黑。
一种上述的空气电极用催化剂的制备方法，配制锰盐、银盐，也可以添加配置好的钴盐和/或镍盐溶液，加入碳载体材料，在0-100℃范围内恒温水浴中加热，可超声分散0-3h，50-120℃烘干；将上述烘干后的原料移入气氛炉，经200-500℃保温0.5-3h，冷却后取出，研磨成催化剂粉末。
所述锰盐为MnSO4、Mn(NO3)2或KMnO4；所述钴盐为CoSO4、Co(NO3)2或CoCl2；所述镍盐为NiSO4、Ni(NO3)2或NiCl2；所述银盐为AgNO3。
由上述的空气电极用催化剂制得的催化层喷涂剂，由以下方法制备：称取所述催化剂材料、聚四氟乙烯乳液、水和异丙醇；其中催化剂材料重量百分比含量为10-50％，聚四氟乙烯乳液重量百分比含量为5-30％，水10-65％；异丙醇10-65％；先在聚四氟乙烯乳液中加入水搅拌均匀，之后加入异丙醇搅拌均匀，然后倒入已经混合均匀的催化剂材料，在恒温10-100℃下经高速研磨搅拌成浆料，得到催化层喷涂剂，以应用在下述空气电极的制备上。所述的水优选为去离子水。
一种用上述的催化层喷涂剂制备的空气电极，包括催化层、过渡层和防水透气层；其中，所述催化层由催化层喷涂剂喷涂而得；所述过渡层中含有耐腐蚀、高导电性能的集流体。
所述催化层与电解液接触，电解液渗透到催化层中，并在催化层中形成气-液-固三相界面(电极的反应区)；在催化层的气-液-固三相界面上通过催化剂的作用发生氧还原催化反应。
所述过渡层是由含有疏水性粘接剂的多孔颗粒粘接压合而成，所述的颗粒既可以是各种不同型号炭黑的一种，也可以是几种炭黑的混合体。疏水的粘合剂可以是PTFE、聚偏二氟乙烯等。该颗粒和集流体压合在一起，构成空气电极的过渡层。所述集流体为用于收集空气电极的电流的元件。集流体的材料可以包括金属材料和碳材料。金属材料可以包括不锈钢、镍、镍合金、铝、铁、钛等。使用金属材料的空气电极集流体可以为泡沫金属、金属网、金属筛等，也可以是表面镀银的上述金属材料等；所述碳材料可以包括碳布、炭纸、碳毡等。
所述防水透气层是由多孔的疏水膜构成，其材质为聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、三氟氯乙烯、全氟烷氧基聚合物树脂、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)或聚氟乙烯(PVF)等，厚度可以为0.05-2mm。其功能为阻止电池内电解液的渗出，允许大气中的氧气通过扩散进入电池内部，即防水透气层与空气或氧气接触，氧气通过疏水层中的微小孔道结构扩散进入催化层，在催化层的气-液-固三相界面上通过催化剂的作用发生氧还原催化反应。
从上述多孔疏水膜材料中选择最优的防水透气层材料，需要综合考虑疏水膜的空率、孔径及膜的厚度，使得空气电极获得最优化的性能。该性能主要包括电化学倍率特性(所构成的电池大电流放电能力)、运行寿命等。例如在孔径、孔率一定的条件下，疏水透气膜越薄，则氧气扩散通过该疏水层的速率就越高，该空气电极的大电流放电能力就强，但电解质就越容易由液体一侧转移的空气电极与气体接触的一侧，而灌满所有的微孔，阻碍了气体的扩散，从而缩短有效寿命。相反，在孔径、孔率一定的条件下，疏水透气膜越厚，氧气扩散的速度就会降低，构成电池的大电流放电能力减小，电解质迁移堵塞通道的可能性降低，空气电极的寿命延长。
因而所述的疏水膜，孔径优选在1-20μm，更优选为3-10μm；其孔率优选为5-80％；更优选为20-40％。
提高空气电极性能的途径主要有两种：一方面采取合适的催化剂来降低电化学极化，另一方面要改进电极的结构，使之形成更多的三相界面，有利于气体的反应和扩散。
本发明采用这种结构，确保空气电极的氧气传导通道完整、牢固、稳定，既可以确保空气电极的电化学性能，又可以确保电极有较长的使用寿命。
如上述的空气电极的制备方法：
将宽度一定、厚度为0.1-2mm的所述集流体在所述过渡层浆料中浸渍3-30min，使得过渡层浆料充满集流体的空隙，经10-100℃烘干形成过渡层；然后在过渡层的一面喷涂所述的催化层喷涂剂，喷涂厚度为0.005-0.5mm，经10-100℃烘干；将上述烘干后的片体经过渡层的另一面与厚度为0.05-0.5mm防水透气层在30-400℃热压成0.5-2mm厚的空气电极。
所述过渡层浆料由以下方法制得：将碳颗粒材料与粘结剂聚四氟乙烯或聚乙烯材料的粉料或液体分散液混合，使粘结剂的含量占混合料的比例在5-65％；再加入异丙醇含量占20-80％的去离子水与异丙醇的混合液体，其中，碳颗粒材料与混合液体的的比例为1∶6-1∶10之间；在100-3000r/min的转速下充分搅拌分散10-60min，然后将浆料在50-120℃下烘干；烘干后粉碎，过100目筛，然后与异丙醇含量占20％～80％的溶液混合，经过高速研磨搅拌成所述过渡层浆料。
通过测试表征的对比，本发明具有以下优点：(1)催化剂氧还原活性；(2)催化层喷涂剂用于制备空气电极时可以实现连续喷涂，继而实现空气电极的连续化生产，大幅提高生产效率；(3)所制备的空气电极电化学性能好，输出电流大、稳定工作电位高；(4)空气电极在大电流工作条件下，极化小；(5)空气电极防水性能好，寿命长；(6)其制备方法简单易于操作，成本低，可以连续工业化生产。
附图说明
图1是空气电极的结构示意图；
图2是空气电极的表面状态图；
图3是空气电极的扫描电镜图；
图4是空气电极的极化曲线。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细的说明，但不限于本实施例的内容。
实施例1
一种空气电极用催化剂，包含活性炭和活性组分为MnO；其中掺杂以重量百分比计1％的Ag、9％的NiO和11％的CoO。所述活性炭的重量百分比为30％，催化剂活性组分的重量百分比为70％。
上述的空气电极用催化剂的制备方法，配制以上述MnO、Ag、NiO和CoO比例的化学计量的MnSO4、AgNO3、NiSO4和CoSO4溶液，加入化学计量的活性炭，在80℃恒温水浴中加热，然后放入鼓风干燥箱，50℃烘干。将上述烘干后的原料移入马福炉(即气氛炉)，经500℃保温3h，取出研磨成粉。
由上述的空气电极用催化剂制得的催化层喷涂剂，由以下方法制备：称取按照重量百分比含量为30％的碳载催化剂材料、5％的聚四氟乙烯乳液、10％的去离子水和55％的异丙醇，先在聚四氟乙烯乳液中加入去离子水搅拌均匀，然后倒入已经混合均匀的碳载催化剂材料，在恒温80℃条件下充分搅拌均匀成浆料。
用上述的催化层喷涂剂制备的空气电极，如图1所示，包括催化层1、过渡层2和防水透气层4；其中，所述催化层1由催化层喷涂剂喷涂而得；所述过渡层2中含有耐腐蚀、高导电性能的集流体3。
如上述的空气电极的制备方法：
先制备过渡层浆料，取乙炔黑15克，与5克50％PTFE分散液混合，再加入异丙醇含量占20％的去离子水与异丙醇的混合液体，以转速为100r/min充分搅拌分散60min，然后将浆料在50℃下烘干；烘干后粉碎过100目筛。然后与异丙醇的含量为20％的水溶液混合，转速为100r/min充分搅拌分散60分钟，配成过渡层浆料。
将宽度10mm，厚度为0.3mm的泡沫碳网在上述浆料中浸渍30min，使得浆料充满集流体的空隙，经50℃烘干，形成基本的过渡层；然后在过渡层一面喷涂催化剂浆料，喷涂厚度为0.01mm，经100℃烘干；将烘干后的片体经过渡层的另一面与厚度为0.05mm防水透气膜在350℃热压成0.5mm厚的空气电极，如图2、图3所示，电极表面平滑均匀，成孔均匀一致。
对上述空气电极进行电化学性能进行检测，其检测方法为：将空气电极放入模拟电池中，其有效工作面积为1.5cm2，参比电极为Hg/HgO电极，辅助电极为泡沫镍，面积为10cm2；
试验介质为25℃的、4mol/L的NaOH的混合溶液，采用恒电流扫描，由图4可以看出，该电极可以实现高电流密度放电，最大放电电流密度可以达到200mA/cm2，相对于Hg/HgO电极电位为-0.21V，具有较理想的电化学性能。
实施例2
一种空气电极用催化剂，包含活性炭和活性组分为MnO、Mn2O3和Mn3O4的混合物；其中掺杂重量百分比为20％的Ag。所述活性炭的重量百分比为70％，催化剂活性组分的重量百分比为30％。
上述的空气电极用催化剂的制备方法：配制以上述锰氧化物混合物和Ag比例的化学计量的Mn(NO3)2、KMnO4和AgNO3溶液，加入化学计量的乙炔黑，在100℃恒温水浴中加热，超声分散3h，然后放入鼓风干燥箱，120℃烘干。将上述烘干后的原料移入马福炉(即气氛炉)，经350℃保温1h，取出研磨成粉。
由上述的空气电极用催化剂制得的催化层喷涂剂，由以下方法制备：称取按照重量百分比含量为50％、15％、15％和20％的碳载催化剂材料、聚四氟乙烯乳液、去离子水和异丙醇，先在聚四氟乙烯乳液中加入去离子水搅拌均匀，然后倒入已经混合均匀的碳载催化剂材料，在恒温100℃条件下充分搅拌均匀成浆料。
一种用上述的催化层喷涂剂制备的空气电极，如图1所示，包括催化层1、过渡层2和防水透气层4；其中，所述催化层1由催化层喷涂剂喷涂而得；所述过渡层2中含有耐腐蚀、高导电性能的集流体3。
如上述的空气电极的制备方法：
先制备过渡层浆料，取Carbot公司的XC-73碳黑产品19克，与1克聚乙烯粉料混合，再加入异丙醇含量占80％的去离子水与异丙醇的混合液体，以转速为3000r/min充分搅拌分散10min，然后将浆料在120℃下烘干；烘干后粉碎过100目筛。然后与异丙醇的含量为80％的水溶液混合，转速为100r/min充分搅拌分散60min，配成过渡层浆料。
将宽度10mm，厚度为2mm的泡沫镍在上述浆料中浸渍3min，使得浆料充满集流体的空隙，经100℃烘干，形成基本的过渡层；然后在过渡层一面喷涂催化剂浆料，喷涂厚度为0.005mm，经90℃烘干；将烘干后的片体经过渡层的另一面与厚度为0.5mm防水透气膜在30℃热压成2mm厚的空气电极。
该电极可以实现高电流密度放电，最大放电电流密度可以达到192mA/cm2，相对于Hg/HgO电极电位为-0.20V，具有较理想的电化学性能。
实施例3
一种空气电极用催化剂，包含活性炭和活性组分为MnO和Mn3O4的混合物；其中掺杂以重量百分比计10％的Ag和10％的CoO。所述活性炭的重量百分比为2％，催化剂活性组分的重量百分比为98％。
上述的空气电极用催化剂的制备方法：配制以上述锰氧化物混合物和Ag比例的化学计量的Mn(NO3)2、KMnO4、AgNO3和Co(NO3)2溶液，加入化学计量的Carbot公司的XC-500碳黑产品，超声分散3h，然后放入鼓风干燥箱，50℃烘干。将上述烘干后的原料移入马福炉(即气氛炉)，经200℃保温3h，取出研磨成粉。
由上述的空气电极用催化剂制得的催化层喷涂剂，由以下方法制备：称取按照重量百分比含量为40％、30％、20％和10％的碳载催化剂材料、聚四氟乙烯乳液、去离子水和异丙醇，先在聚四氟乙烯乳液中加入去离子水搅拌均匀，然后倒入已经混合均匀的碳载催化剂材料，在恒温10℃条件下充分搅拌均匀成浆料。
一种用上述的催化层喷涂剂制备的空气电极，如图1所示，包括催化层1、过渡层2和防水透气层4；其中，所述催化层1由催化层喷涂剂喷涂而得；所述过渡层2中含有耐腐蚀、高导电性能的集流体3。
如上述的空气电极的制备方法：
先制备过渡层浆料，取Carbot公司的BP2000碳黑产品13克，与7克聚乙烯粉料混合，再加入异丙醇含量占50％的去离子水与异丙醇的混合液体，以转速为3000r/min充分搅拌分散30min，然后将浆料在90℃下烘干；烘干后粉碎过100目筛。然后与异丙醇的含量为50％的水溶液混合，转速为100r/min充分搅拌分散60min，配成过渡层浆料。
将宽度10mm，厚度为1mm的铝网在上述浆料中浸渍15min，使得浆料充满集流体的空隙，经10℃烘干，形成基本的过渡层；然后在过渡层一面喷涂催化剂浆料，喷涂厚度为0.5mm，经100℃烘干；将烘干后的片体经过渡层的另一面与厚度为0.01mm防水透气膜在400℃热压成0.8mm厚的空气电极。
该电极可以实现高电流密度放电，最大放电电流密度可以达到195mA/cm2，相对于Hg/HgO电极电位为-0.20V，具有较理想的电化学性能。
实施例4
一种空气电极用催化剂，包含活性炭和活性组分为MnO和Mn3O4的混合物；其中掺杂以重量百分比计的10％的Ag、10％的NiO和10％的CoO。所述活性炭的重量百分比为50％，催化剂活性组分的重量百分比为50％。
上述的空气电极用催化剂的制备方法：配制以上述锰氧化物混合物、Ag、NiO和CoO比例的化学计量的Mn(NO3)2、KMnO4、AgNO3、Ni(NO3)2和Co(NO3)2溶液，加入化学计量的Carbot公司的BP2000碳黑产品，在100℃恒温水浴中加热，超声分散3h，然后放入鼓风干燥箱，100℃烘干。将上述烘干后的原料移入马福炉(即气氛炉)，经350℃保温2h，取出研磨成粉。
由上述的空气电极用催化剂制得的催化层喷涂剂，由以下方法制备：称取按照重量百分比含量为10％、5％、20％和65％的碳载催化剂材料、聚四氟乙烯乳液、去离子水和异丙醇，先在聚四氟乙烯乳液中加入去离子水搅拌均匀，然后倒入已经混合均匀的碳载催化剂材料，在恒温90℃条件下充分搅拌均匀成浆料。
一种用上述的催化层喷涂剂制备的空气电极，如图1所示，包括催化层1、过渡层2和防水透气层4；其中，所述催化层1由催化层喷涂剂喷涂而得；所述过渡层2中含有耐腐蚀、高导电性能的集流体3。
如上述的空气电极的制备方法：
先制备过渡层浆料，取Carbot公司的BP2000碳黑产品13克，与7克聚四氟乙烯粉料混合，再加入异丙醇含量占50％的去离子水与异丙醇的混合液体，以转速为2000r/min充分搅拌分散30min，然后将浆料在90℃下烘干；烘干后粉碎过100目筛。然后与异丙醇的含量为50％的水溶液混合，转速为1000r/min充分搅拌分散60min，配成过渡层浆料。
将宽度10mm，厚度为0.1mm的炭纸在上述浆料中浸渍30min，使得浆料充满集流体的空隙，经100℃烘干，形成基本的过渡层；然后在过渡层一面喷涂催化剂浆料，喷涂厚度为0.05mm，经100℃烘干；将烘干后的片体经过渡层的另一面与厚度为0.01mm防水透气膜在400℃热压成0.5mm厚的空气电极。
该电极可以实现高电流密度放电，最大放电电流密度可以达到199mA/cm2，相对于Hg/HgO电极电位为-0.21V，具有较理想的电化学性能。
实施例5
一种空气电极用催化剂，包含活性炭和活性组分为MnO和Mn3O4的混合物；其中掺杂以重量百分比计10％的Ag、10％的NiO和10％的CoO。所述活性炭的重量百分比为50％，催化剂活性组分的重量百分比为50％。
上述的空气电极用催化剂的制备方法：配制以上述锰氧化物混合物、Ag、NiO和CoO比例的化学计量的Mn(NO3)2、KMnO4、AgNO3、Ni(NO3)2和Co(NO3)2溶液，加入化学计量的Carbot公司的BP2000碳黑产品，在100℃恒温水浴中加热，然后放入鼓风干燥箱，70℃烘干。将上述烘干后的原料移入马福炉(即气氛炉)，经350℃保温0.5h，取出研磨成粉。
由上述的空气电极用催化剂制得的催化层喷涂剂，由以下方法制备：称取按照重量百分比含量为20％、5％、65％和10％的碳载催化剂材料、聚四氟乙烯乳液、去离子水和异丙醇，先在聚四氟乙烯乳液中加入去离子水搅拌均匀，然后倒入已经混合均匀的碳载催化剂材料，在恒温80℃条件下充分搅拌均匀成浆料。
一种用上述的催化层喷涂剂制备的空气电极，如图1所示，包括催化层1、过渡层2和防水透气层4；其中，所述催化层1由催化层喷涂剂喷涂而得；所述过渡层2中含有耐腐蚀、高导电性能的集流体3。
如上述的空气电极的制备方法：
先制备过渡层浆料，取乙炔黑13克，与7克聚四氟乙烯粉料混合，再加入异丙醇含量占60％的去离子水与异丙醇的混合液体，以转速为2000r/min充分搅拌分散30min，然后将浆料在90℃下烘干；烘干后粉碎过100目筛。然后与异丙醇的含量为50％的水溶液混合，转速为300r/min充分搅拌分散60min，配成过渡层浆料。
将宽度10mm，厚度为0.1mm的碳毡在上述浆料中浸渍30min，使得浆料充满集流体的空隙，经100℃烘干，形成基本的过渡层；然后在过渡层一面喷涂催化剂浆料，喷涂厚度为0.05mm，经100℃烘干；将烘干后的片体经过渡层的另一面与厚度为0.01mm防水透气膜在400℃热压成0.5mm厚的空气电极。
该电极可以实现高电流密度放电，最大放电电流密度可以达到196mA/cm2，相对于Hg/HgO电极电位为-0.20V，具有较理想的电化学性能。

Claims (10)

1.一种空气电极用催化剂，包含载体和活性组分，载体为碳载体，其特征在于活性组分为锰氧化物，其中掺杂重量百分比X为0＜X≤20％的银。
2.根据权利要求1所述的空气电极用催化剂，其特征在于所述活性组分中还掺杂重量百分比为0-20％的氧化镍和/或氧化钴。
3.根据权利要求1或2所述的空气电极用催化剂，其特征在于所述催化剂载体的重量百分比为2-70％，催化剂活性组分的重量百分比为30-98％；所述催化剂载体材料为乙炔黑、活性碳和/或碳黑。
4.一种空气电极用催化剂的制备方法，其特征在于，配制锰盐和银盐，加入碳载体材料，在0-100℃范围内恒温水浴中加热，50-120℃烘干；将上述烘干后的原料移入气氛炉，经200-500℃保温0.5-3h，冷却后取出，研磨成催化剂粉末。
5.根据权利要求4所述的空气电极用催化剂的制备方法，其特征在于所述配制的锰盐和银盐中，还混入配置好的钴盐和/或镍盐溶液。
6.根据权利要求4或5所述的空气电极用催化剂的制备方法，其特征在于所述锰盐为MnSO4、Mn(NO3)2或KMnO4；所述钴盐为CoSO4、Co(NO3)2或CoCl2；所述镍盐为NiSO4、Ni(NO3)2或NiCl2；所述银盐为AgNO3。
7.由权利要求1-3中任意一项所述的空气电极用催化剂制得的催化层喷涂剂，其特征在于由以下方法制备：称取所述催化剂材料、聚四氟乙烯乳液、水和异丙醇；其中催化剂材料重量百分比含量为10-50％，聚四氟乙烯乳液重量百分比含量为5-30％，水10-65％；异丙醇10-65％；先在聚四氟乙烯乳液中加入水搅拌均匀，再加入异丙醇搅拌均匀，然后倒入已经混合均匀的催化剂材料，在恒温10-100℃下经高速研磨搅拌成浆料，得到催化层喷涂剂。
8.一种用权利要求7所述的催化层喷涂剂制备的空气电极，其特征在于包括催化层、过渡层和防水透气层；其中，所述催化层由催化层喷涂剂喷涂而得；所述过渡层中含有耐腐蚀、高导电性能的集流体。
9.根据权利要求8所述的催化层喷涂剂制备的空气电极，其特征在于所述防水透气层由多孔的疏水膜构成，其材质为聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、三氟氯乙烯、全氟烷氧基聚合物树脂、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)或聚氟乙烯(PVF)；所述集流体的材质为泡沫金属、金属网、金属筛、碳布、炭纸或碳毡。
10.一种如权利要求8所述的空气电极的制备方法，其特征在于将所述集流体在所述过渡层浆料中浸渍3-30min，使得过渡层浆料充满集流体的空隙，经10-100℃烘干形成过渡层；然后在过渡层的一面喷涂所述的催化层喷涂剂，喷涂厚度为0.005-0.5mm，经10-100℃烘干；将上述烘干后的片体经过渡层的另一面与厚度为0.05-0.5mm防水透气层在30-400℃热压成0.5-2mm厚的空气电极。
CN201310237873XA 2013-06-17 2013-06-17 一种空气电极用催化剂、催化层喷涂剂、空气电极及制备方法 Pending CN103326039A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310237873XA CN103326039A (zh) 2013-06-17 2013-06-17 一种空气电极用催化剂、催化层喷涂剂、空气电极及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310237873XA CN103326039A (zh) 2013-06-17 2013-06-17 一种空气电极用催化剂、催化层喷涂剂、空气电极及制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103326039A true CN103326039A (zh) 2013-09-25

Family

ID=49194666

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310237873XA Pending CN103326039A (zh) 2013-06-17 2013-06-17 一种空气电极用催化剂、催化层喷涂剂、空气电极及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103326039A (zh)

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104409743A (zh) * 2014-11-10 2015-03-11 温州晋航新能源科技有限公司 一种碳载催化剂及其制作方法
WO2015124713A1 (de) * 2014-02-21 2015-08-27 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Gasdiffusionselektrode, verfahren zum herstellen einer gasdiffusionselektrode und batterie
CN106374115A (zh) * 2016-10-19 2017-02-01 深圳市锐劲宝能源电子有限公司 多层复合氧催化电极及其制作方法
CN106602087A (zh) * 2016-11-25 2017-04-26 东华大学 镍钴锰碳纳米管双功能复合催化剂及其制备方法和应用
CN106654434A (zh) * 2016-11-26 2017-05-10 华中科技大学 采用废旧锂离子电池阴极回收材料制备空气电极的方法
CN106785241A (zh) * 2016-12-16 2017-05-31 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 金属空气电池阴极及其制备方法
CN107768691A (zh) * 2016-08-22 2018-03-06 常州优特科新能源科技有限公司 一种碳载锰氧化物空气电极氧催化剂的制备方法
CN108346805A (zh) * 2018-02-08 2018-07-31 张树雄 一种气体扩散电极及其制备方法
CN108346807A (zh) * 2018-02-08 2018-07-31 张树雄 气体扩散电极、催化剂、制备方法及催化层喷剂制备方法
CN108987857A (zh) * 2018-07-18 2018-12-11 北京化工大学 一种基于弱酸性电解液的锌空气液流电池
CN108977847A (zh) * 2018-07-16 2018-12-11 河海大学 一种介孔炭空气扩散电极及其制备方法和应用
CN109378489A (zh) * 2018-11-14 2019-02-22 宁波石墨烯创新中心有限公司 一种电池阴极膜、其制备方法及金属空气电池
CN109904463A (zh) * 2017-12-11 2019-06-18 中国科学院大连化学物理研究所 一种金属空气电池用空气电极及应用
CN111180749A (zh) * 2020-01-03 2020-05-19 华中科技大学 一种金属空气电池空气电极及其制备方法
CN111326746A (zh) * 2020-03-03 2020-06-23 武汉睿亿新能源科技有限责任公司 一种空气电极的制备方法
CN111509239A (zh) * 2020-04-21 2020-08-07 蔚蓝(广东)新能源科技有限公司 锌空气电池用空气电极及其制备方法
CN111769297A (zh) * 2020-07-17 2020-10-13 郑州佛光发电设备有限公司 铝空气电池阴极催化剂及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6632557B1 (en) * 1999-10-26 2003-10-14 The Gillette Company Cathodes for metal air electrochemical cells
CN2932637Y (zh) * 2006-04-11 2007-08-08 北京长力联合能源技术有限公司 一种冷压工艺方法制作的锌－空气金属燃料电池氧电极
CN102208652A (zh) * 2010-08-31 2011-10-05 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种锂空气电池空气电极及其制备方法
CN102222790A (zh) * 2010-08-31 2011-10-19 中国科学院上海硅酸盐研究所 用于锂空气电池的双模孔道结构空气电极材料及其制备方法
CN102306808A (zh) * 2011-06-24 2012-01-04 北京中航长力能源科技有限公司 一种空气电极用催化剂、空气电极及其制备方法
CN102856611A (zh) * 2012-04-09 2013-01-02 中南大学 一种锂空气电池用微纳结构正极材料

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6632557B1 (en) * 1999-10-26 2003-10-14 The Gillette Company Cathodes for metal air electrochemical cells
CN2932637Y (zh) * 2006-04-11 2007-08-08 北京长力联合能源技术有限公司 一种冷压工艺方法制作的锌－空气金属燃料电池氧电极
CN102208652A (zh) * 2010-08-31 2011-10-05 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种锂空气电池空气电极及其制备方法
CN102222790A (zh) * 2010-08-31 2011-10-19 中国科学院上海硅酸盐研究所 用于锂空气电池的双模孔道结构空气电极材料及其制备方法
CN102306808A (zh) * 2011-06-24 2012-01-04 北京中航长力能源科技有限公司 一种空气电极用催化剂、空气电极及其制备方法
CN102856611A (zh) * 2012-04-09 2013-01-02 中南大学 一种锂空气电池用微纳结构正极材料

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015124713A1 (de) * 2014-02-21 2015-08-27 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Gasdiffusionselektrode, verfahren zum herstellen einer gasdiffusionselektrode und batterie
CN104409743A (zh) * 2014-11-10 2015-03-11 温州晋航新能源科技有限公司 一种碳载催化剂及其制作方法
CN107768691A (zh) * 2016-08-22 2018-03-06 常州优特科新能源科技有限公司 一种碳载锰氧化物空气电极氧催化剂的制备方法
CN106374115A (zh) * 2016-10-19 2017-02-01 深圳市锐劲宝能源电子有限公司 多层复合氧催化电极及其制作方法
CN106602087A (zh) * 2016-11-25 2017-04-26 东华大学 镍钴锰碳纳米管双功能复合催化剂及其制备方法和应用
CN106654434A (zh) * 2016-11-26 2017-05-10 华中科技大学 采用废旧锂离子电池阴极回收材料制备空气电极的方法
CN106785241B (zh) * 2016-12-16 2019-04-12 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 金属空气电池阴极及其制备方法
CN106785241A (zh) * 2016-12-16 2017-05-31 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 金属空气电池阴极及其制备方法
CN109904463A (zh) * 2017-12-11 2019-06-18 中国科学院大连化学物理研究所 一种金属空气电池用空气电极及应用
CN108346805A (zh) * 2018-02-08 2018-07-31 张树雄 一种气体扩散电极及其制备方法
CN108346807A (zh) * 2018-02-08 2018-07-31 张树雄 气体扩散电极、催化剂、制备方法及催化层喷剂制备方法
CN108977847A (zh) * 2018-07-16 2018-12-11 河海大学 一种介孔炭空气扩散电极及其制备方法和应用
CN108987857A (zh) * 2018-07-18 2018-12-11 北京化工大学 一种基于弱酸性电解液的锌空气液流电池
CN109378489A (zh) * 2018-11-14 2019-02-22 宁波石墨烯创新中心有限公司 一种电池阴极膜、其制备方法及金属空气电池
CN109378489B (zh) * 2018-11-14 2021-02-12 宁波石墨烯创新中心有限公司 一种电池阴极膜、其制备方法及金属空气电池
CN111180749A (zh) * 2020-01-03 2020-05-19 华中科技大学 一种金属空气电池空气电极及其制备方法
CN111180749B (zh) * 2020-01-03 2021-08-17 华中科技大学 一种金属空气电池空气电极及其制备方法
CN111326746A (zh) * 2020-03-03 2020-06-23 武汉睿亿新能源科技有限责任公司 一种空气电极的制备方法
CN111509239A (zh) * 2020-04-21 2020-08-07 蔚蓝(广东)新能源科技有限公司 锌空气电池用空气电极及其制备方法
CN111509239B (zh) * 2020-04-21 2021-07-06 蔚蓝(广东)新能源科技有限公司 锌空气电池用空气电极及其制备方法
CN111769297A (zh) * 2020-07-17 2020-10-13 郑州佛光发电设备有限公司 铝空气电池阴极催化剂及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103326039A (zh) 一种空气电极用催化剂、催化层喷涂剂、空气电极及制备方法
CN104681823B (zh) 一种氮掺杂石墨烯与Co3O4空心纳米球复合材料及其制备方法和应用
CN101683613B (zh) 一种空气电极用催化剂及用其制作的空气电极及空气电极的制作方法
CN102306808B (zh) 一种空气电极用催化剂、空气电极及其制备方法
CN109950561B (zh) 碳氮基铁材料的锌空气电池催化剂制备方法
CN104701555B (zh) 一种基于石墨烯的锌空气电池空气电极及其制备方法
CN108539205B (zh) 铝空气电池用催化剂、空气电极及其制备方法
CA2629253A1 (en) Bifunctional air electrode
CN105552393A (zh) 一种碱性水系金属/空气电池用双功能催化剂及其制备方法
CN100584451C (zh) 燃料电池氧电极催化剂
EP2824745A1 (en) Rechargeable zinc-air flow battery
CN102157742A (zh) 制备空气电极用的催化剂及其制备方法、空气电极及其制备方法
Pan et al. A novel structural design of air cathodes expanding three-phase reaction interfaces for zinc-air batteries
CN103531826B (zh) 一种基于牺牲模板法构建直接甲醇燃料电池纳米多孔结构膜电极的方法
KR20160131217A (ko) 금속 공기 전지용 양극 복합 촉매, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 금속 공기 전지용 양극, 및 이를 포함하는 금속 공기 전지용 양극의 제조 방법
CN105261768A (zh) 一种二氧化锰/银催化剂、制备方法及其应用
CN108110260B (zh) 一种金属-有机框架修饰的燃料电池催化剂及制备方法
Christy et al. Optimizing the surface characteristics of La0. 6Sr0. 4CoO3− δ perovskite oxide by rapid flash sintering technology for easy fabrication and fast reaction kinetics in alkaline medium
Li et al. Electronic structure regulation and electrocatalytic mechanism of one-dimensional mesoporous La0. 8Sr0. 2Mn1-xCoxO3 with bifunctional electrocatalysts towards Zn-air batteries
JP2014203809A (ja) 正極およびその製造方法
CN106684392A (zh) 阴极空气电极、水发电金属空气电池及制备方法
JP5126812B2 (ja) 直接酸化型燃料電池
CN108183241A (zh) 一种空气电极及其催化浆料制备方法
Maumau et al. Electro-oxidation of alcohols using carbon supported gold, palladium catalysts in alkaline media
JP4620341B2 (ja) 燃料電池用電極触媒

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
DD01 Delivery of document by public notice

Addressee: Chongqing Wenneng Energy Science & Technology Co., Ltd.

Document name: the First Notification of an Office Action

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130925