CN104716332B - 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

Info

Publication number
CN104716332B
CN104716332B CN201310691209.2A CN201310691209A CN104716332B CN 104716332 B CN104716332 B CN 104716332B CN 201310691209 A CN201310691209 A CN 201310691209A CN 104716332 B CN104716332 B CN 104716332B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
catalytic layer
metal
catalyst
air
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.)
Active
Application number
CN201310691209.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104716332A (zh
Inventor
孙公权
齐鹭汀
王素力
王二东
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.)
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Original Assignee
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
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 Dalian Institute of Chemical Physics of CAS filed Critical Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority to CN201310691209.2A priority Critical patent/CN104716332B/zh
Publication of CN104716332A publication Critical patent/CN104716332A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104716332B publication Critical patent/CN104716332B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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

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 (7)

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；
所述集流层为表面涂覆有催化剂膏体的导电集流体；
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。
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：所述催化剂膏体包括氧还原电催化剂、疏水剂、碳材料。
3.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％。
4.如权利要求1、2或3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。
5.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。
6.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：所述碳材料为乙炔黑、BP2000、石墨、碳纤维或碳纳米管中的一种或两种以上。
7.按照权利要求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。
CN201310691209.2A 2013-12-15 2013-12-15 一种金属空气电池用双催化层空气阴极 Active CN104716332B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310691209.2A CN104716332B (zh) 2013-12-15 2013-12-15 一种金属空气电池用双催化层空气阴极

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310691209.2A CN104716332B (zh) 2013-12-15 2013-12-15 一种金属空气电池用双催化层空气阴极

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104716332A CN104716332A (zh) 2015-06-17
CN104716332B true CN104716332B (zh) 2017-03-01

Family

ID=53415452

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310691209.2A Active CN104716332B (zh) 2013-12-15 2013-12-15 一种金属空气电池用双催化层空气阴极

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104716332B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106890676B (zh) * 2015-12-18 2019-08-27 中国科学院大连化学物理研究所 一种多孔电催化膜及其制备和应用
CN106941180A (zh) * 2017-04-21 2017-07-11 上海汉行科技有限公司 一种混合电池体系正极
CN111293319A (zh) * 2018-12-06 2020-06-16 中国科学院大连化学物理研究所 一种长寿命空气阴极及制备和应用
CN114388825A (zh) * 2021-01-14 2022-04-22 安徽朔代科技有限公司 一种金属空气电池催化剂、催化层及空气电极

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2409615Y (zh) * 2000-03-07 2000-12-06 信息产业部电子第十八研究所 锌空气电池三相界面稳定型空气电极
CN1681148A (zh) * 2004-04-06 2005-10-12 中国科学院大连化学物理研究所 一种双效空气电极及其制备方法
CN1738085A (zh) * 2004-08-17 2006-02-22 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种锌－空气电池用正电极及其制造方法
CN102544520A (zh) * 2011-12-27 2012-07-04 上海尧豫实业有限公司 锌空电池气体扩散电极及其制备方法
CN102738472A (zh) * 2012-07-03 2012-10-17 北京中航长力能源科技有限公司 锌空气电池稳定型空气电极
CN103165902A (zh) * 2011-12-15 2013-06-19 中国科学院大连化学物理研究所 金属空气电池用阴极及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070160898A1 (en) * 2006-01-12 2007-07-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Air battery and method for producing air electrode for air battery

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2409615Y (zh) * 2000-03-07 2000-12-06 信息产业部电子第十八研究所 锌空气电池三相界面稳定型空气电极
CN1681148A (zh) * 2004-04-06 2005-10-12 中国科学院大连化学物理研究所 一种双效空气电极及其制备方法
CN1738085A (zh) * 2004-08-17 2006-02-22 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种锌－空气电池用正电极及其制造方法
CN103165902A (zh) * 2011-12-15 2013-06-19 中国科学院大连化学物理研究所 金属空气电池用阴极及其制备方法
CN102544520A (zh) * 2011-12-27 2012-07-04 上海尧豫实业有限公司 锌空电池气体扩散电极及其制备方法
CN102738472A (zh) * 2012-07-03 2012-10-17 北京中航长力能源科技有限公司 锌空气电池稳定型空气电极

Also Published As

Publication number Publication date
CN104716332A (zh) 2015-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Micro-porous layer with composite carbon black for PEM fuel cells
CN102265439B (zh) 燃料电池及其制造方法
EP2859136A1 (en) Gas permeable electrode and method of manufacture
CN104716332B (zh) 一种金属空气电池用双催化层空气阴极
JP5298566B2 (ja) 膜電極接合体
CN109618561A (zh) 燃料电池电极材料及装置
CN104716334B (zh) 一种金属空气电池用双疏水层空气阴极
Ong et al. Applications of graphene nano-sheets as anode diffusion layers in passive direct methanol fuel cells (DMFC)
CA2966143C (en) Electrode catalyst for fuel cell, method for producing the same, electrode catalyst layer for fuel cell comprising the catalyst, and membrane electrode assembly for fuel cell and fuel cell using the catalyst or the catalyst layer
Yang et al. Effect of gas diffusion electrode parameters on anion exchange membrane fuel cell performance
CN105489912A (zh) 一种锂离子液流电池反应器
CN100588010C (zh) 燃料电池系统用水气转化催化剂,制备方法和燃料电池系统
JP4475866B2 (ja) 燃料電池
CN102738472A (zh) 锌空气电池稳定型空气电极
CN104716331B (zh) 一种锌空气电池用空气阴极
CN104170136B (zh) 带流路的气体扩散层及燃料电池
JP4852894B2 (ja) 電解質膜−電極接合体の製造方法
JP2009140657A (ja) 燃料電池用電極触媒
JP2009238496A (ja) 膜電極接合体
JP2012074205A (ja) 膜電極複合体およびアルカリ形燃料電池
WO2014010382A1 (ja) 気体透過シート
JP2006338942A (ja) 電解質膜−電極接合体、および、燃料電池
CN101364646B (zh) 一种带水汽阻隔层的燃料电池电极
EP2157643B1 (en) Polymer electrolyte fuel cell
KR101550257B1 (ko) 금속 및 유기물 반응 복합체를 포함하는 연료전지용 탄소종이 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant