CN106898725A - 一种锌/空气电池用锌电极及其制备 - Google Patents

一种锌/空气电池用锌电极及其制备 Download PDF

Info

Publication number
CN106898725A
CN106898725A CN201510953835.3A CN201510953835A CN106898725A CN 106898725 A CN106898725 A CN 106898725A CN 201510953835 A CN201510953835 A CN 201510953835A CN 106898725 A CN106898725 A CN 106898725A
Authority
CN
China
Prior art keywords
zinc
zinc electrode
electrode
tabular
doping metals
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.)
Granted
Application number
CN201510953835.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106898725B (zh
Inventor
孙公权
齐鹭汀
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 CN201510953835.3A priority Critical patent/CN106898725B/zh
Publication of CN106898725A publication Critical patent/CN106898725A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106898725B publication Critical patent/CN106898725B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
    • H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • 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
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

一种锌/空气电池用锌电极，包括中间压合有集流体的板状锌电极；所述板状锌电极中具有多孔结构，所述板状锌电极的孔隙率为30％-85％；所述板状锌电极中的孔的孔径为0.1-200μm。所述锌电极中含有掺杂金属，所述掺杂金属为In、Bi、Al、Ca、Fe、Cu中一种或两种以上的混合物或合金，所述掺杂金属占锌与掺杂金属总质量的1％-5％。所述锌电极的制备方法，包括加入氯化钠、氯化钾、聚甲基丙烯酸甲酯、氟硼酸钾等造孔剂的膏体的制备和板状锌电极的烧结制备。与现有技术相比，本发明所述一种锌/空气电池用锌电极，显著增强电极机械强度，提高锌阳极高比功率放电能力。

Description

一种锌/空气电池用锌电极及其制备
技术领域
本发明涉及锌/空气电池技术领域，尤其涉及锌/空气电池用锌电极。
背景技术
锌/空气电池是一种以金属锌作为阳极活性物质，空气中氧气作为阴极活性物质，碱性氢氧化钾溶液为电解质溶液的电化学反应装置。锌/空气电池具有比能量高、价格低廉、绿色环保、安全性高等众多优点。
锌具有一系列优良性能，包括低平衡电位、电化学可逆性、水溶液中的稳定性、较佳传导率、低成本等众多优点。锌电极是锌/空气电池的核心部件之一。锌电极极易钝化，在电极表面形成抑制层而由活性状态转化为非活性状态，降低电极大电流放电能力。针对现有技术的不足，本发明所述一种锌/空气电池用锌电极，提高电极大电流放电能力，并显著增强电极机械强度。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，采用以下具体方案来实现：
一种锌/空气电池用锌电极，其为中间压合有集流体的板状锌电极；所述板状锌电极的锌电极材料中具有多孔结构，所述板状锌电极的孔隙率为30-85％；所述板状锌电极中的孔的孔径为0.1-200μm。孔隙率过大，电极机械强度不佳，电子电导降低，孔隙率过小，电极放电性能不佳。
所述集流体为金属网或金属片中一种或两种以上，所述金属为铜、镍、银中一种或两种以上的合金。
所述锌电极材料中含有掺杂金属，所述掺杂金属为In、Bi、Al、Ca、Fe、Cu中一种或两种以上的混合物或合金，所述掺杂金属占锌与掺杂金属总质量的1％-5％。
所述金属网为拉伸金属网、冲孔金属网、泡沫金属网、编织金属网中的一种。
所述板状锌电极的厚度cm与板面面积cm2的比为1:20-1:5，集流体处于锌电极材料中。
所述锌电极的制备方法，包括以下步骤，
(1)锌粉预处理：将锌粉在浓度为0.001-5mol/L的助熔剂中浸渍3-10min，在真空条件下，温度30-100℃条件下烘干5-30min；
(2)膏体的制备：将锌粉材料与造孔剂以质量比1:5-4:5混合，于混合物中加入锌粉材料质量1-6倍的分散剂，以及1％-10％锌粉材料质量的助熔剂，搅拌至混合物为粘稠状，即得膏体；锌粉材料为锌粉或含有掺杂金属粉末的锌粉；
(3)板状锌电极的制备：将步骤(2)所得膏体一部分填充于一板状模具底部，于已填充有部分膏体的模具中置入一集流体，进一步将步骤(2)所得膏体其余部分置于所述模具中压合；将填充满膏体的模具置于一高温设备中进行高温烧结；将烧结后的压合有集流体的膏体从所述模具中取出，得板状锌电极；
(4)板状锌电极的后处理：将步骤(3)所得板状锌电极于去离子水中浸渍0.5-3h去除造孔剂。造孔剂在电极烧结过程中起到一定的占位作用，在电极烧结过程中或烧结成型后易于从电极中去除。
步骤(1)所述锌粉的粒径为150-200目；
步骤(2)所述造孔剂为氯化钠、氯化钾、聚甲基丙烯酸甲酯、氟硼酸钾中的一种或两种；所述分散剂为醋酸、乙醇、去离子水中的一种或两种以上的混合液；所述助熔剂为盐酸、醋酸、氯化铵中的一种；所述掺杂金属粉末粒径范围为40-600μm。锌粉粒径过大，电极易发生钝化，锌粉粒径过小，电极易腐蚀析氢。
步骤(3)所述集流体为金属网或金属片，所述金属为铜、镍、银中一种或两种以上的合金；
所述金属网为拉伸金属网、冲孔金属网、泡沫金属网、编织金属网中的一种。
步骤(2)所述搅拌速度为200-1000rpm；步骤(3)所述高温烧结的温度为420℃-700℃,处理气氛为氮气条件；烘干时间为10-60min；所述压合压力为1-20MPa，压合时间为3-10min。搅拌速度过大或过小起不到均匀分散作用，烧结温度过低锌粉松散、无法粘接成一体，烧结温度过高，锌粉熔接成整体，孔隙分布不均匀。
步骤(2)所述锌粉中含有掺杂金属所述掺杂金属为In、Bi、Al、Ca、Fe、Cu中一种或两种以上的混合物或合金，所述掺杂金属占锌与掺杂金属总质量的1％-5％。
与现有技术相比，本发明所述锌/空气电池用锌阳极具有以下优点：
电极烧结成型后将造孔剂去除获得了孔隙率较高、孔隙分布均匀、孔结构可控的锌电极，提高了大电流放电能力，有效抑制电极钝化。在高于锌粉熔点的温度下烧结，使得锌粉充分熔接成一体，电极机械强度显著增强。
附图说明
图1以本发明所述的锌电极作为阳极的锌/空气电池恒流放电曲线图。锌空气电池中空气阴极由扩散层、铜集流体、催化层组成，其中扩散层由质量80％活性炭与20％PTFE组成，催化层由质量20％的质量担载量为10％Ag-MnOx(X＝1-2)催化剂、70％活性炭与10％PTFE组成，电解液为7mol/LKOH溶液。从图中可以看出，以本发明所制备的锌电极为阳极的锌/空气电池放电电压在1.0V以上，放电电流在15A至15.7A之间。
具体实施方式
为进一步说明本发明，列举以下实施例，但本发明不限于下述实施例。
实施例1：
称取200克锌粉，在浓度为5mol/L的氯化铵溶液中浸渍10min，将锌粉取出，在30℃条件下真空烘干30min，将锌粉经200目分样筛筛分，将造孔剂经200目分样筛筛分，将上述筛分后的锌粉与氯化钠粉体混合后加入300ml的去离子水，再加入6g氯化铵，在200rpm转速下搅拌，搅拌时间为30min后，混合物成粘稠状，将上述粉体均匀填装于模具中，将铜网嵌入其中，经10MPa压合3min，将上述粉体在氮气保护气氛下，600℃高温烧结20min，将烧结后的电极在去离子水中浸渍2h将造孔剂去除，即制备成多孔锌电极。锌电极由中间集流体与两侧烧结成型的金属网状结构组成。
所述锌/空气电池中，空气阴极由扩散层、铜集流体、催化层组成，其中扩散层由质量80％活性炭与20％PTFE组成，催化层由质量20％的质量担载量为10％Ag-MnOx(X＝1-2)催化剂,70％活性炭与10％PTFE组成，电解液为7mol/LKOH溶液，以本发明所述的锌电极为阳极，进行恒流放电曲线测试。

Claims (10)

1.一种锌/空气电池用锌电极，其特征在于：其为中间压合有集流体的板状锌电极；所述板状锌电极的锌电极材料中具有多孔结构，所述板状锌电极的孔隙率为30-85％；所述板状锌电极中的孔的孔径为0.1-200μm。
2.如权利要求1所述锌电极，其特征在于：所述集流体为金属网或金属片中一种或两种以上，所述金属为铜、镍、银中一种或两种以上的合金。
3.如权利要求1所述锌电极，其特征在于：所述锌电极材料中含有掺杂金属，所述掺杂金属为In、Bi、Al、Ca、Fe、Cu中一种或两种以上的混合物或合金，所述掺杂金属占锌与掺杂金属总质量的1％-5％。
4.如权利要求2所述锌电极，其特征在于：所述金属网为拉伸金属网、冲孔金属网、泡沫金属网、编织金属网中的一种。
5.如权利要求1所述锌电极，其特征在于：所述板状锌电极的厚度与板面面积的比为1:20-1:5，集流体处于锌电极材料中。
6.一种权利要求1-5任一所述锌电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
(1)锌粉预处理：将锌粉在浓度为0.001-5mol/L的助熔剂中浸渍3-10min，在真空条件下，温度30-100℃条件下烘干5-30min；
(2)膏体的制备：将锌粉材料与造孔剂以质量比1:5-4:5混合，于混合物中加入锌粉材料质量1-6倍的分散剂，以及1％-10％锌粉材料质量的助熔剂，搅拌至混合物为粘稠状，即得膏体；锌粉材料为锌粉或含有掺杂金属粉末的锌粉；
(3)板状锌电极的制备：将步骤(2)所得膏体一部分填充于一板状模具底部，于已填充有部分膏体的模具中置入一集流体，进一步将步骤(2)所得膏体其余部分置于所述模具中压合；将填充满膏体的模具置于一高温设备中进行高温烧结；将烧结后的压合有集流体的膏体从所述模具中取出，得板状锌电极；
(4)板状锌电极的后处理：将步骤(3)所得板状锌电极于去离子水中浸渍0.5-3h去除造孔剂。
7.如权利要求6所述锌电极的制备方法，其特征在于：
步骤(1)所述锌粉的粒径为150-200目；
步骤(2)所述造孔剂为氯化钠、氯化钾、聚甲基丙烯酸甲酯、氟硼酸钾中的一种或两种；所述分散剂为醋酸、乙醇、去离子水中的一种或两种以上的混合液；所述助熔剂为盐酸、醋酸、氯化铵中的一种；所述掺杂金属粉末粒径范围为40-600μm。
8.如权利要求6所述锌电极的制备方法，其特征在于：
步骤(3)所述集流体为金属网或金属片，所述金属为铜、镍、银中一种或两种以上的合金；
所述金属网为拉伸金属网、冲孔金属网、泡沫金属网、编织金属网中的一种。
9.如权利要求6所述锌电极的制备方法，其特征在于：
步骤(2)所述搅拌速度为200-1000rpm；步骤(3)所述高温烧结的温度为420℃-700℃,处理气氛为氮气条件；烘干时间为10-60min；所述压合压力为1-20MPa，压合时间为3-10min。
10.如权利要求6所述锌电极的制备方法，其特征在于：
步骤(2)所述锌粉中含有掺杂金属所述掺杂金属为In、Bi、Al、Ca、Fe、Cu中一种或两种以上的混合物或合金，所述掺杂金属占锌与掺杂金属总质量的1％-5％。
CN201510953835.3A 2015-12-17 2015-12-17 一种锌/空气电池用锌电极及其制备 Active CN106898725B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510953835.3A CN106898725B (zh) 2015-12-17 2015-12-17 一种锌/空气电池用锌电极及其制备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510953835.3A CN106898725B (zh) 2015-12-17 2015-12-17 一种锌/空气电池用锌电极及其制备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106898725A true CN106898725A (zh) 2017-06-27
CN106898725B CN106898725B (zh) 2019-07-26

Family

ID=59188574

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510953835.3A Active CN106898725B (zh) 2015-12-17 2015-12-17 一种锌/空气电池用锌电极及其制备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106898725B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108807839A (zh) * 2018-05-28 2018-11-13 河南新太行电源股份有限公司 一种直压式锌银电池负极板生产工艺
CN111430819A (zh) * 2020-03-31 2020-07-17 恩力能源科技(安徽)有限公司 一种水系离子电池及其制备方法
WO2021016181A1 (en) * 2019-07-19 2021-01-28 The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Zinc electrode improvements
CN114914442A (zh) * 2022-05-11 2022-08-16 重庆化工职业学院 硫化铜材料在电池正极材料中的用途、电极及电池

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1230981A (zh) * 1967-05-09 1971-05-05
CN1617383A (zh) * 2004-11-28 2005-05-18 华南理工大学 一种干荷电式锌空气电池
CN102509774A (zh) * 2011-10-27 2012-06-20 北京中航长力能源科技有限公司 一种锌空气电池用锌电极的制备方法
US20150093605A1 (en) * 2012-04-04 2015-04-02 Phinergy Ltd. Zinc electrode for use in rechargeable batteries

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1230981A (zh) * 1967-05-09 1971-05-05
CN1617383A (zh) * 2004-11-28 2005-05-18 华南理工大学 一种干荷电式锌空气电池
CN1288793C (zh) * 2004-11-28 2006-12-06 华南理工大学 一种干荷电式锌空气电池
CN102509774A (zh) * 2011-10-27 2012-06-20 北京中航长力能源科技有限公司 一种锌空气电池用锌电极的制备方法
US20150093605A1 (en) * 2012-04-04 2015-04-02 Phinergy Ltd. Zinc electrode for use in rechargeable batteries

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108807839A (zh) * 2018-05-28 2018-11-13 河南新太行电源股份有限公司 一种直压式锌银电池负极板生产工艺
WO2021016181A1 (en) * 2019-07-19 2021-01-28 The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Zinc electrode improvements
CN111430819A (zh) * 2020-03-31 2020-07-17 恩力能源科技(安徽)有限公司 一种水系离子电池及其制备方法
CN111430819B (zh) * 2020-03-31 2022-11-08 北京恩力动力科技有限公司 一种水系离子电池及其制备方法
CN114914442A (zh) * 2022-05-11 2022-08-16 重庆化工职业学院 硫化铜材料在电池正极材料中的用途、电极及电池
CN114914442B (zh) * 2022-05-11 2024-05-24 重庆化工职业学院 硫化铜材料在电池正极材料中的用途、电极及电池

Also Published As

Publication number Publication date
CN106898725B (zh) 2019-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106898725A (zh) 一种锌/空气电池用锌电极及其制备
CN104393307B (zh) 基于无碳Ag-Cu催化剂层的空气电极及其制备方法
CN102088091A (zh) 一种燃料电池用碳载核壳型铜-铂催化剂及其制备方法
CN104733696B (zh) 一种电化学储能器件及其制备方法
Hang et al. Electrochemical properties of Fe2O3 microparticles and their application in Fe/air battery anodes
CN107799813A (zh) 一种高能量密度三元电池及其制备方法
CN109301186B (zh) 一种包覆型多孔结构的三元正极材料及其制备方法
CN104659333A (zh) 锂离子二次电池Mg2Si/SiOx/C复合负极材料膜电极的制备方法
CN104513925A (zh) 一种钇-镍稀土系储氢合金及含该储氢合金的二次电池
CN101060172B (zh) 纳米氢氧化镍/碳复合材料及其制备方法和用途
CN104513915A (zh) 添加锆、钛元素的ab3型稀土-钇-镍系储氢合金
CN111180746B (zh) 金属-空气电极
CN101289576B (zh) 镍氢电池用导电高分子聚合物/合金复合材料及其制备
WO2014056114A1 (en) Method of producing porous electrodes for batteries and fuel cells
CN100568591C (zh) 一种低温镍氢动力电池用贮氢合金
CN102779981B (zh) 一种镍氢电池负极极片的制造方法
CN112908714B (zh) 微纳米球状锌掺杂镍钴双金属磷化物及其制备方法和应用
CN108682826A (zh) 一种镁基氢化物空气电池
CN208368622U (zh) 一种空气电池用电极结构
CN106848333B (zh) 一种氧化铈负载三维镍铜合金多孔复合阴极的制备方法
JP4876743B2 (ja) 水素吸蔵合金粉末およびその製造方法とそれを用いたアルカリ蓄電池
CN103606682B (zh) 用于制作镍氢电池负极的负极浆料、镍氢电池负极和镍氢电池
CN103165887B (zh) 一种用脲醛树脂制备镍钴锰酸锂的方法
CN110217863B (zh) 一种TinO2n-1多孔电极的制备方法及其应用
CN109244442A (zh) 一种多孔铝阳极及铝空气电池

Legal Events

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