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Abstract

本发明提供了一种单层空气电极的制备方法，以解决现有技术中的多层空气电极存在的工艺复杂，性能不稳定的缺点。包括以下步骤：a、复合导电透气疏水催化剂载体的制备；b、按质量比，将70~80份步骤a得到的复合导电透气疏水催化剂载体与20~30份催化剂在有机溶剂中混合；c、将步骤b中混合好的混合物流延至镍网上待用；d、将步骤c得到的半成品在260~320℃下保温5分钟后即可。本发明是是首次利用复合材料制备单层空气膜电极的工艺。该方法制得的电极具备启动时间短，长时间连续、稳定供电、保质寿命长、环保无污染、价格便宜、便携等优点。

Description

一种单层空气电极的制备方法
技术领域
本发明属于电化学技术和电池制造技术领域，特别涉及一种单层复合型镁-空电池空气电极的制备方法及工艺。
背景技术
镁-空气燃料电池具有比能量高、使用安全方便、原材料来源丰富、成本低、燃料易于贮运、可使用温度范围宽及污染小等特点。作为一种高性能化学电源，拥有良好的应用前景，是目前金属-空气燃料电池研究领域中的热点。
空气电极是镁-空气燃料电池的核心部件，其性能直接决定了镁-空电池的电性能、稳定性和寿命。因此，空气电极的制备技术就成为镁-空电池系列制备技术中的核心。
目前绝大部分空气电极均采用多层（导电层、防水透气层、催化层）压合、烧结方法制备（见参考文献2，3，4，5），制备过程步骤多、工艺复杂，其成品在实际发电过程中易鼓泡，满足不了长时间、稳定发电的要求。
参考文献：
1.     Li Q, Bjerrum N J.《Aluminum as anode for energy storage and conversion: A review》
2.     郭瑞敏《铝/空气电池钙钛矿型空气电极的研究》
3.     晏明 《铝-空气电池正极材料的制备及表征》
4.     刘杰、高成和 《一种空气电极》 公开号： CN 1450677A
5. 卜路霞 《空气电极防水透气膜的工艺研究》。
发明内容
本发明的目的是提供一种单层空气电极的制备方法，以解决现有技术中的多层空气电极存在的工艺复杂，性能不稳定的缺点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
      一种单层空气电极的制备方法，包括以下步骤：
a、复合导电透气疏水催化剂载体的制备：
a1、按质量比，选取35~60份有机高分子树脂、5~8份高比表面积化合物、5~10份盐分别倒入3~5份增稠剂中，加热至75℃~80℃，在转速2000rpm~2500rpm下搅拌一小时，然后将转速降至800rpm加入20~30份金属粉、7~10份有机导电材料，再将转速调整至2000rpm~2500rpm，温度保持在75℃~85℃下搅拌八小时；
a2、将步骤a中得到的物料在温度为100~120℃下保温5分钟后固化即可得到复合导电透气疏水催化剂载体；
b、按质量比，将70~80份步骤a得到的复合导电透气疏水催化剂载体与20~30份催化剂在有机溶剂中混合；
c、将步骤b中混合好的混合物流延至镍网上待用；
d、将步骤c得到的半成品在260~320℃下保温5分钟后即可。
步骤a1中，所述有机高分子树脂为环氧双酚A、环氧双酚F、酚醛树脂、聚氨酯树脂、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种或多种。
步骤a1中，所述有机导电材料为聚吡咯、聚噻吩中的一种。
步骤a1中，所述高表面积化合物为乙炔黑、石墨烯、二氧化硅中的一种。
步骤a1中，所述金属粉为铜粉、铁粉、镍粉中的一种。
步骤a1中，所述增稠剂为羧甲基纤维素、田菁胶、淀粉磷酸酯钠、羟丙基淀粉中的一种。
步骤a1中，所述盐为元明粉、氯化钠中的一种。
步骤b中，所述催化剂为二氧化锰、钙钛矿中的一种。
      本发明的有益效果是：
本发明是是首次利用复合材料制备单层空气膜电极的工艺。该方法制得的电极具备启动时间短，长时间连续、稳定供电、保质寿命长、环保无污染、价格便宜、便携等优点。本发明利用独创的配方及工艺技术，制备出集防水、透气、催化和导电为一体的复合单层空气电极。简化了空气电极的制备工艺，显著提高了空气电极的电性能、工作稳定性及使用寿命。
附图说明
图1是由本发明的方法制备的单层空气电极的结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
步骤1、复合导电透气疏水催化剂载体的制备：
1.1、按质量比，选取35份环氧双酚A、6份乙炔黑、10份元明粉分别倒入4份羧甲基纤维素中，加热至75℃，在转速2000rpm下搅拌一小时，然后将转速降至800rpm加入30份铜粉、9份聚吡咯，再将转速调整至2000rpm，温度保持在80℃下搅拌八小时；
1.2、将步骤1.1中得到的物料在温度为120℃下保温5分钟后固化即可；
步骤2、按质量比，将70份步骤1.2得到的复合导电透气疏水催化剂载体与30份二氧化锰在有机溶剂中混合；
步骤3、将步骤2中混合好的混合物流延至镍网上待用；
步骤4、将步骤3得到的半成品在290℃下保温5分钟后即可。
实施例2
步骤1、复合导电透气疏水催化剂载体的制备：
1.1、按质量比，选取45份环氧双酚F、5份石墨烯、7份氯化钠分别倒入3份田菁胶中，加热至78℃，在转速2500rpm下搅拌一小时，然后将转速降至800rpm加入20份铁粉、7份聚噻吩，再将转速调整至2500rpm，温度保持在75℃下搅拌八小时；
1.2、将步骤1.1中得到的物料在温度为110℃下保温5分钟后固化即可；
步骤2、按质量比，将75份步骤1.2得到的复合导电透气疏水催化剂载体与20份钙钛矿在有机溶剂中混合；
步骤3、将步骤2中混合好的混合物流延至镍网上待用；
步骤4、将步骤3得到的半成品在260℃保温5分钟后即可。
实施例3
步骤1、复合导电透气疏水催化剂载体的制备：
1.1、按质量比，选取60份酚醛树脂、8份二氧化硅、5份氯化钠分别倒入5份淀粉磷酸酯钠中，加热至80℃，在转速2200rpm下搅拌一小时，然后将转速降至800rpm加入25份镍粉、10份聚噻吩，再将转速调整至2200rpm，温度保持在85℃下搅拌八小时；
1.2、将步骤a中得到的物料在温度为100℃下保温5分钟后固化即可；
步骤2、按质量比，将80份步骤1.2得到的复合导电透气疏水催化剂载体与25份钙钛矿在有机溶剂中混合；
步骤3、将步骤2中混合好的混合物流延至镍网上待用；
步骤4、将步骤3得到的半成品在320℃保温5分钟后即可。
实施例4
步骤1、复合导电透气疏水催化剂载体的制备
1.1、按质量比，选取50份聚偏氟乙烯、6份石墨烯、5份元明粉分别倒入5份羟丙基淀粉中，加热至80℃，在转速2300rpm下搅拌一小时，然后将转速降至800rpm加入20份镍粉、8份聚吡咯，再将转速调整至2300rpm，温度保持在80℃下搅拌八小时；
1.2、将步骤a中得到的物料在温度为100℃下恒温5分钟后固化即可；
步骤2、按质量比，将78份步骤1.2得到的复合导电透气疏水催化剂载体与22份二氧化锰在有机溶剂中混合；
步骤3、将步骤2中混合好的混合物流延至镍网上待用；
步骤4、将步骤3得到的半成品在300℃保温5分钟后即可。
实施例5
步骤1、复合导电透气疏水催化剂载体的制备:
1.1、按质量比，选取60份聚氨酯树脂、5份乙炔黑、8份氯化钠分别倒入3份羧甲基纤维素中，加热至75℃，在转速2500rpm下搅拌一小时，然后将转速降至800rpm加入30份铁粉、7份聚吡咯，再将转速调整至2500rpm，温度保持在85℃下搅拌八小时；
1.2、将步骤a中得到的物料在温度为120℃下恒温5分钟后固化即可；
步骤2、按质量比，将73份步骤1.2得到的复合导电透气疏水催化剂载体与27份二氧化锰在有机溶剂中混合；
步骤3、将步骤2中混合好的混合物流延至镍网上待用；
步骤4、将步骤3得到的半成品在280℃保温5分钟后即可。
实施例6
步骤1、复合导电透气疏水催化剂载体的制备：
1.1、按质量比，选取40份聚四氟乙烯、6份石墨烯、5份元明粉分别倒入4份田菁胶中，加热至77℃，在转速2000rpm下搅拌一小时，然后将转速降至800rpm加入25份铁粉、10份聚吡咯，再将转速调整至2000rpm，温度保持在75℃下搅拌八小时；
1.2、将步骤a中得到的物料在温度为110℃下恒温5分钟后固化即可；
步骤2、按质量比，将75份步骤1.2得到的复合导电透气疏水催化剂载体与25份钙钛矿在有机溶剂中混合；
步骤3、将步骤2中混合好的混合物流延至镍网上待用；
步骤4、将步骤3得到的半成品在270℃保温5分钟后即可。
实施例7
将实施例1的步骤1中的环氧双酚A替换为环氧双酚A、环氧双酚F的混合物，其它不变。
实施例8
将实施例2的步骤1中的环氧双酚F替换为酚醛树脂、聚氨酯树脂、聚偏氟乙烯的混合物，其它不变。
如图1所示，1为载体担载着催化剂，2为镍网，通过本发明的复合导电透气疏水催化剂载体担载着催化剂，符合形成立体的固、液、气三相界面，担载着催化剂引发电化学反应，并直接将产生的电流引至镍网。
      部分实施例制备的产品与现有的国外某公司产品的对比数据如表1所示：
表1
检测项目 电流/A（恒压0.8V） 功率/W 单位功率W/cm2
实施例1 10.1 8.1 0.1
实施例2 10.3 8.2 0.1
实施例3 10.1 8.1 0.1
实施例4 10.1 8.1 0.1
实施例5 10.1 8.1 0.1
外国某公司产品 4 3.2 0.04
综上，本发明具有以下优点：
1.   本发明首次开发了用一种复合材料来担载催化剂成功制备了一种单层的空气电极。
2.   本发明极大的简化了空气电极的制备工艺，通过多批次生产检测显示该方法制备的空气膜电极品质好、批次放电均一性好。
3.   将空气电极开发成单层后有效降低内电阻。检测证明，采用本发明的方法制备的空气电极比国外某公司的多层空气电极的放电效果提升了46.6%。

Claims (8)

1.一种单层空气电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、复合导电透气疏水催化剂载体的制备：
a1、按质量比，选取35~60份有机高分子树脂、5~8份高比表面积化合物、5~10份盐分别倒入3~5份增稠剂中，加热至75℃~80℃，在转速2000rpm~2500rpm下搅拌一小时，然后将转速降至800rpm加入20~30份金属粉、7~10份有机导电材料，再将转速调整至2000rpm~2500rpm，温度保持在75℃~85℃下搅拌八小时；
a2、将步骤a1中得到的物料在温度为100~120℃下保温5分钟后固化即可得到复合导电透气疏水催化剂载体；
b、按质量比，将70~80份步骤a得到的复合导电透气疏水催化剂载体与20~30份催化剂在有机溶剂中混合；
c、将步骤b中混合好的混合物流延至镍网上待用；
d、将步骤c得到的半成品在260~320℃下保温5分钟后即可。
2.如权利要求1所述的单层空气电极的制备方法，其特征在于：步骤a1中，所述有机高分子树脂为环氧双酚A、环氧双酚F、酚醛树脂、聚氨酯树脂、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的单层空气电极的制备方法，其特征在于：步骤a1中，所述有机导电材料为聚吡咯、聚噻吩中的一种。
4.如权利要求1所述的单层空气电极的制备方法，其特征在于：步骤a1中，所述高表面积化合物为乙炔黑、石墨烯、二氧化硅中的一种。
5.如权利要求1所述的单层空气电极的制备方法，其特征在于：步骤a1中，所述金属粉为铜粉、铁粉、镍粉中的一种。
6.如权利要求1所述的单层空气电极的制备方法，其特征在于：步骤a1中，所述增稠剂为羧甲基纤维素、田菁胶、淀粉磷酸酯钠、羟丙基淀粉中的一种。
7.如权利要求1所述的单层空气电极的制备方法，其特征在于：步骤a1中，所述盐为元明粉、氯化钠中的一种。
8.如权利要求1所述的单层空气电极的制备方法，其特征在于：步骤b中，所述催化剂为二氧化锰、钙钛矿中的一种。
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Granted publication date: 20160824

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