CN104716332A - 一种金属空气电池用双催化层空气阴极 - Google Patents

一种金属空气电池用双催化层空气阴极 Download PDF

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Abstract

一种金属空气电池用双催化层空气阴极，其特征在于：包括依次层叠压合的疏水透气层、集流层、第一催化层和第二催化层；所述第一催化层中疏水剂的含量大于第二催化层中疏水剂的含量。与现有技术相比，本发明所述金属空气电池用双催化层空气阴极，每层催化层中疏水剂含量不同，使催化层形成的孔隙结构不同，有利于维持三相界面的稳定性；集流体位于催化层和疏水透气层之间有利于电极的集流；采用经过疏水化处理的集流体，不影响电子电导，具有一定的抗腐蚀作用,同时可加强疏水透气层和催化层的结合作用，有效防止疏水透气层和催化层的剥离。

Description

一种金属空气电池用双催化层空气阴极
技术领域
本发明涉及金属空气电池用空气阴极，具体地说涉及一种用于镁、铝、锌等金属空气电池用空气阴极；
本发明还涉及上述空气阴极的制备方法。
背景技术
金属空气电池是一种绿色环保化学电源。空气电极中气、固、液三相界面是电化学反应的场所。在一定的放电制度下，空气电极中三相界面不稳定，易从催化层向扩散层方向推移，三相界面面积逐渐减少，造成电解液渗漏，进而影响其放电性能和稳定性。专利CN102738472A提出了一种稳定型空气电极，包括防水层，气体扩散层，催化层，集流体，催化层能有效防止电解液渗漏，提高三相界面的稳定性。但将铜网直接置于两层催化层之间，集流体较易受到腐蚀使电极剥离，进而影响空气电极的使用寿命。
为提高三相界面稳定性，以及解决集流体腐蚀造成电极剥离的问题，本文提出了一种新型空气电极。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明采用以下方案来实现：
一种金属空气电池用双催化层空气阴极，包括依次层叠压合的疏水透气层、集流层、第一催化层和第二催化层；
所述第一催化层中疏水剂的含量大于第二催化层中疏水剂的含量。
所述集流层为表面涂覆有催化剂膏体的导电集流体。
所述催化剂膏体包括氧还原电催化剂、疏水剂、碳材料。
所述导电集流体为拉伸金属网、冲孔金属网、泡沫金属网中的一种。
所述第一和第二催化层均包括碳材料、氧还原电催化剂和疏水剂；所述第一催化层中疏水剂的含量为35%-70%，所述第二催化层中疏水剂的含量为20-60%。
所述疏水剂为聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、过氟烷基化物、聚乙烯中的一种或两种以上。
所述的氧还原电催化剂为担载或非担载型银锰催化剂、银催化剂、锰催化剂、钴催化剂中的一种或两种以上，或为尖晶石、钙钛矿中的一种或两种以上。
所述碳材料为乙炔黑、BP2000、AB碳粉、石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或两种以上。
所述空气电极由疏水透气层、集流层、第一催化层和第二催化层经辊压或油压热处理制备而成。
与现有技术相比，本发明所述金属空气电池用双催化层空气阴极，每层催化层中疏水剂含量不同，使催化层形成的孔隙结构不同，有利于维持三相界面的稳定性；集流体位于催化层和疏水透气层之间有利于电极的集流；采用经过疏水化处理的集流体，不影响电子电导，具有一定的抗腐蚀作用,同时可加强疏水透气层和催化层的结合作用，有效防止疏水透气层和催化层的剥离。
附图说明
图1为实施例1中所述金属空气电池的恒流放电曲线；
图2为实施例2中所述金属空气电池的恒流放电曲线。
具体实施方式
实施例1：
空气阴极包括疏水透气层、集流层、第一催化层和第二催化层；第一催化层中疏水剂PTFE的含量为50%，第二催化层中疏水剂PTFE的含量为37.5%。
集流层为表面涂覆有催化剂膏体的拉伸镍网，催化剂膏体的组成及含量：碳载银锰催化剂的质量含量10%，疏水剂PTFE的质量含量为20%，碳材料为BP2000。
疏水透气层由乙炔黑和PTFE组成，PTFE含量为70%；
第一催化层为：氧还原电催化剂为碳载银锰催化剂，载量为2.6mg/cm2；
第二催化层为：氧还原电催化剂为碳载银锰催化剂，载量为1.9mg/cm2。
锌阳极为由锌粉压制而成；厚度0.5cm；
上述空气电池组装成锌/空气电池进行测试，其中电极面积为380cm2；测试条件为：室温，50mA/cm2恒电流测试；测试结果如图1所示，从图1可以看出电池放电性能稳定，可长时间放电。
实施例2：
空气阴极包括疏水透气层、集流层、第一催化层和第二催化层；第一催化层中疏水剂PTFE的含量为37.5%，第二催化层中疏水剂PTFE的含量为20%。
集流层为表面涂覆有催化剂膏体的拉伸镍网，催化剂膏体的组成及含量：碳载银锰催化剂的含量10%，疏水剂PTFE的含量为20%，碳材料为BP2000。
疏水透气层由乙炔黑和PTFE组成，PTFE含量为70%；
第一催化层为：氧还原电催化剂为碳载银锰催化剂，载量为2.8mg/cm2；
第二催化层为：氧还原电催化剂为碳载银锰催化剂，载量为2.5mg/cm2。
锌阳极为由锌粉压制而成；厚度0.5cm；
上述空气电池组装成锌/空气电池进行测试，其中电极面积为380cm2；测试条件为：室温，50mA/cm2恒电流测试；测试结果如图1所示，从图2可以看出电池放电性能稳定，可长时间放电。
实施例3
空气阴极包括疏水透气层、集流层、第一催化层和第二催化层；第一催化层中疏水剂PTFE的含量为55%，第二催化层中疏水剂PTFE的含量为40%。
空气电极中其他组成及含量与实施例1中相同。上述空气电池组装成锌/空气电池进行测试，其中电极面积为380cm2；测试条件为：室温，50mA/cm2恒电流测试，电池放电性能稳定，可长时间放电。
实施例4
空气阴极包括疏水透气层、集流层、第一催化层和第二催化层；第一催化层中疏水剂PTFE的含量为35%，第二催化层中疏水剂PTFE的含量为15%。
空气电极中其他组成及含量与实施例2中相同。上述空气电池组装成锌/空气电池进行测试，其中电极面积为380cm2；测试条件为：室温，50mA/cm2恒电流测试，电池放电性能稳定，可长时间放电。

Claims (9)

1.一种金属空气电池用双催化层空气阴极，其特征在于：包括依次层叠压合的疏水透气层、集流层、第一催化层和第二催化层；
所述第一催化层中疏水剂的含量大于第二催化层中疏水剂的含量。
2.如权利要求1所述金属空气电池用双催化层空气阴极，其特征在于：所述集流层为表面涂覆有催化剂膏体的导电集流体。
3.如权利要求2所述金属空气电池用双催化层空气阴极，其特征在于：所述催化剂膏体包括氧还原电催化剂、疏水剂、碳材料。
4.如权利要求2所述金属空气电池用双催化层空气阴极，其特征在于：所述导电集流体为拉伸金属网、冲孔金属网、泡沫金属网中的一种。
5.如权利要求1所述金属空气电池用双催化层空气阴极，其特征在于：所述第一和第二催化层均包括碳材料、氧还原电催化剂和疏水剂；所述第一催化层中疏水剂的含量为35%-55%，所述第二催化层中疏水剂的含量为15%-40%。
6.如权利要求1、2、3或5所述任一金属空气电池用双催化层空气阴极，其特征在于：所述疏水剂为聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、过氟烷基化物、聚乙烯中的一种或两种以上。
7.如权利要求1或3所述金属空气电池用双催化层空气阴极，其特征在于：所述的氧还原电催化剂为担载或非担载型银锰催化剂、银催化剂、锰催化剂、钴催化剂中的一种或两种以上，或为尖晶石、钙钛矿中的一种或两种以上。
8.如权利要求1或3所述金属空气电池用空气阴极，其特征在于：所述碳材料为乙炔黑、BP2000、、石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或两种以上。
9.按照权利要求1所述空气电极，其特征在于：
所述空气电极由疏水透气层、集流层、第一催化层和第二催化层经辊压或油压热处理制备而成。
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