CN104143634A - 一种锌空气电池的泡沫锌电极材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锌空气电池，具体的说是一种锌空气电池的泡沫锌电极材料及其制备方法。锌沉积物质电沉积于泡沫镍材料的三维网络骨架的高质量泡沫锌电极材料；所述电沉积是在25-30℃，阴极电流密度为0.03-0.06kA/dm2，两极间距为3-5cm，沉积。本发明所得泡沫锌电极材料由于其内部的特殊结构，使得在放电时无法形成大的枝晶，保证枝晶无法刺破锌空气电池的空气电极，保证了电池的安全性能和使用寿命。

Description

一种锌空气电池的泡沫锌电极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及锌空气电池，具体的说是一种锌空气电池的泡沫锌电极材料及其制备方法。
背景技术
锌空气电池以金属锌为负极活性物质，空气中的氧气为正极活性物质，两活性物质在空气电极与电解液的界面处被空气电极的催化层所催化发生电化学反应而产生电能。锌空气电池原材料丰富易得、放电性能稳定、能量密度高、成本低且对环境友好，用途广泛；然而由于其锌电极存在析氢、枝晶、形变等问题造成电池容量较低、电学性能欠佳等，影响了锌空气电池商业化的步伐。
发明内容
本发明的目的是为了克服锌电极存在析氢、枝晶、形变等问题造成电池容量较低、电学性能欠佳等问题，而提供一种锌空气电池的泡沫锌电极材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种锌空气电池的泡沫锌电极材料，经锌沉积物质电沉积于预处理后的泡沫镍材料即为三维网络骨架高质量泡沫锌电极材料；所述电沉积条件为25-30℃，阴极电流密度为0.03-0.06kA/dm2，两极间距为3-5cm。
所述泡沫镍材料预处理是依次经脱脂，水洗，酸洗再水洗；具体为将泡沫镍材料用100g/L的除油液在5～40℃下浸泡10～20分钟，然后用冷水进行淋洗2-3次，再用60%浓度的盐酸进行酸洗10～20分钟，酸洗后再用冷水进行两次淋洗。3.按权利要求1所述的锌空气电池的的泡沫锌电极材料，其特征在于：所述锌沉积物质结构为多孔网状结构。
锌空气电池的泡沫锌电极材料的制备方法，将经预处理的泡沫镍材料于25-30℃，阴极电流密度为0.03-0.06kA/dm2，两极间距为3-5cm进行电沉积，即得到三维网络骨架的高质量泡沫锌电极材料。
所述泡沫镍材料预处理是依次经脱脂，水洗，酸洗再水洗；具体为将泡沫镍材料用100g/L的除油液在5～40℃下浸泡10～20分钟，然后用冷水进行淋洗2-3次，再用60%浓度的盐酸进行酸洗10～20分钟，酸洗后再用冷水进行两次淋洗。
所述锌沉积物质结构为多孔网状结构。
本发明的优点是：
1.本发明所得泡沫锌电极材料具备均匀、联通的孔洞结构使其获得了相当大的比面积，进而具有更强的放电性能。
2.本发明所得泡沫锌电极材料由于其内部的特殊结构，使得在放电时无法形成大的枝晶，保证枝晶无法刺破锌空气电池的空气电极，保证了电池的安全性能和使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例提供的放大至单位为10um的泡沫锌电极材料的枝晶形貌图。
图2为本发明实施例提供的放大至单位为50um的泡沫锌电极材料的枝晶形貌图。
具体实施方式
实施例1
采用市面上购得的泡沫镍材料作为负极，并将泡沫镍材料进行预处理，即依次经脱脂，水洗，酸洗再水洗；具体为将泡沫镍材料用100g/L的除油液（速洁ST201））在5～40℃下浸泡10～20分钟，然后用冷水进行淋洗2-3次，每次20～30秒左右，再用60%浓度的盐酸进行酸洗10～20分钟，酸洗后再用冷水进行两次淋洗。锌板作为正极进行电沉积。泡沫镍沉积面积为40mm×25mm，而后以饱和的锌酸钾溶液作为电解液。在室温条件下，设定沉积阴极电流为3A，通电时间2分钟，两极间距为1cm，进行电沉积沉积时间2分钟，即得到三维网络骨架的高质量泡沫锌电极材料（参见图1和图2）。
上述所得泡沫锌电极材料开孔孔洞贯通、分布均匀，孔隙率达90%以上，具有相当大的比面积，作为锌空气电池的负极活性物质其性能要高于传统的锌电极。
由图所示的泡沫锌电极材料的枝晶形貌可以看出，所制得的泡沫锌电极材料的锌分布均匀，同时，形成的锌枝晶皆为短枝晶且相互交错。这种结构使得泡沫锌电极材料放电时的比面积远大于锌板和锌粒等传统锌电极，从而提高了负极活性物质的放电性能，并且由于其生成的锌枝晶为短枝晶，并不会破坏锌空气电池的内部构造，所以能够保证锌空气电池本身的安全性。
应用例
使用上述方法制备的泡沫锌电极材料与普通的锌板进行放电的对比试验。实验条件如下：
使用相同的空气电极作正极，以泡沫锌电极和普通的锌板分别作负极组成两组锌空气电池，电解液使用7mol/L的氢氧化钾溶液。两组电池分别连接在电化学工作站上进行恒流放电实验，放电时长2小时。实验结果如下：
采用泡沫锌电极作为负极的锌空气电池在2小时的放电过程中的容量为492.4mAh，采用锌板作为负极的锌空气电池在2小时的放电过程中的容量为159.2mAh。并且根据恒流放电曲线可以看出采用锌板作为负极的锌空气电池的整个放电过程中，在50分钟左右时放电性能开始有明显的下降，而采用泡沫锌电极作为负极的锌空气电池的整个放电过程中，放电性能开始有明显下降是在1.5h左右出现的。
根据上述实验数据可以看出泡沫锌电极材料比较普通的锌电极单位面积的电池容量更大，并且在相同的放电条件下，放电时间更持久。

Claims (6)

1.一种锌空气电池的泡沫锌电极材料，其特征在于：经锌沉积物质电沉积于预处理后的泡沫镍材料即为三维网络骨架高质量泡沫锌电极材料；所述电沉积条件为25-30℃，阴极电流密度为0.03-0.06kA/dm2，两极间距为3-5cm。
2.按权利要求1所述的锌空气电池的泡沫锌电极材料，其特征在于：所述泡沫镍材料预处理是依次经脱脂，水洗，酸洗再水洗；具体为将泡沫镍材料用100g/L的除油液在5～40℃下浸泡10～20分钟，然后用冷水进行淋洗2-3次，再用60%浓度的盐酸进行酸洗10～20分钟，酸洗后再用冷水进行两次淋洗。
3.按权利要求1所述的锌空气电池的泡沫锌电极材料，其特征在于：所述锌沉积物质结构为多孔网状结构。
4.一种权利要求1所述的锌空气电池的泡沫锌电极材料的制备方法，其特征在于：将经预处理的泡沫镍材料于25-30℃，阴极电流密度为0.03-0.06kA/dm2，两极间距为3-5cm进行电沉积，即得到三维网络骨架的高质量泡沫锌电极材料。
5.按权利要求4所述的锌空气电池的泡沫锌电极材料的制备方法，其特征在于：所述泡沫镍材料预处理是依次经脱脂，水洗，酸洗再水洗；具体为将泡沫镍材料用100g/L的除油液在5～40℃下浸泡10～20分钟，然后用冷水进行淋洗2-3次，再用60%浓度的盐酸进行酸洗10～20分钟，酸洗后再用冷水进行两次淋洗。
6.按权利要求4所述的锌空气电池的泡沫锌电极材料的制备方法，其特征在于：所述锌沉积物质结构为多孔网状结构。
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