CN109148899A - 一种铝空气电池阴极的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种铝空气电池阴极的制备方法，将碳纤维纸进行预处理；将预处理过的碳纤维纸用蒸馏水漂洗至中性后烘干；通过原位电化学沉积法在处理过的碳纤维纸上原位电沉积高活性银催化剂，得到Ag/CFP铝空气电池阴极；本发明制备的阴极活性好，循环性能好，安全环保；制备方法操作工艺简单，制备方便，生产成本低，无污染，可明显提高铝空气电池的放电容量，延长空气极的使用寿命，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝空气电池阴极的制备方法，具体涉及一种碳纤维纸（CFP）上原位电化学沉积高活性银催化剂作为铝空气电池的无粘合剂阴极的方法，属于铝空气电池阴极制备技术领域。
背景技术
电池在世界范围内的各个行业和领域发挥着不可或缺的作用，尤其是在汽车、航空、电信、计算机、通讯设备等领域作为起动电源、备用电源、动力电源或储能电源等。铝电池是具有能量密度最高的电池之一，铝空气电池具有无毒、无污染、内阻小、储存寿命长、价格相对便宜、工艺技术要求较低以及能够再生利用等优点使得铝空气电池得到广泛应用。金属铝作为电池负极材料具有高能量载体，比容量高，体积比容量是锂的4倍，高于其他所有金属，化学活泼性较稳定，是理想的电池负极材料，其次铝在地壳中含量较多资源丰富、价格低廉。同时，铝空气电池存在几个主要问题：铝阳极的腐蚀以及表面的钝化，空气电极性能的改进，电解液的循环系统，价格低廉，催化活性好的催化剂的研制等问题。空气电池的发展与氧电极的发展密不可分。
导电碳纤维与活性催化剂的结合产生了强大的3D网络，有利于从电解质到电极的质量转移，并且同时电子转移到活性位点，然后转移到吸附的氧分子。然而，大多数合成这些空气电池电极需要严格的技术，如高真空条件，复杂和昂贵的多个步骤，使用过量、昂贵或有毒的有机配体来控制形态，并利用持久性聚合物粘合剂，阻碍其广泛的商业化应用。
发明内容
本发明提供一种碳纤维纸（CFP）上原位电化学沉积高活性银催化剂作为铝空气电池的无粘合剂阴极的方法，可降低生产成本，使得铝空气电池能量密度高、循环性能好、安全环保、放电性能更加优良。
一种铝空气电池阴极的制备方法，包括以下步骤：
（1）将碳纤维纸（CFP）进行预处理；
（2）将步骤（1）预处理过的碳纤维纸（CFP）用蒸馏水漂洗至中性后烘干；
（3）通过原位电化学沉积法在步骤（2）的碳纤维纸（CFP）上原位电化学沉积高活性银催化剂，得到Ag/CFP铝空气电池阴极。
步骤（1）所述预处理是将碳纤维纸（CFP）在H2SO4/HNO3溶液中、80℃下处理5~6小时，使碳纤维纸（CFP）的表面含氧官能团（例如-COO- ，-OH）的量增加，其能够产生吸收Ag离子的活性部位
所述H2SO4/HNO3溶液为质量分数为98%的H2SO4和质量分数为65%的HNO3按照体积比4﹕1~2﹕1的比例混合得到。
步骤（2）所述烘干是在80℃下烘干1~2小时。
步骤（3）所述原位电化学沉积具体工艺是：将Pt箔连接到直流稳压电源（QW-MS3010D）正极，将预处理并漂洗、烘干后的碳纤维纸（CFP）连接到直流稳压电源负极，将浓度为1~5mmol/L的AgNO3溶液作为电解液，在1.5~4.5V的电压下电镀50~100s，电镀完成后将负极的碳纤维纸（CFP）用蒸馏水和酒精清洗多次，去除多余的离子，用氮气吹干，得到Ag/CFP铝空气电池阴极。
本发明的有益效果：
碳纤维纸（CFP）上原位电沉积高活性银催化剂作为铝空气电池的无粘合剂阴极的制备方法，可降低生产成本，使得铝空气电池能量密度高、循环性能好、安全环保、放电性能更加优良。
附图说明
图1为实施例2组装成铝空气电池进行恒流放电测试图。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图详细叙述本发明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
一种铝空气电池阴极的制备方法，包括以下步骤：
（1）将碳纤维纸（CFP）在H2SO4/HNO3溶液中、80℃下处理5小时，使碳纤维纸（CFP）的表面含氧官能团（例如-COO- ，-OH）的量增加，其能够产生吸收Ag离子的活性部位，其中H2SO4/HNO3溶液为质量分数为98%的H2SO4和质量分数为65%的HNO3按照体积比4﹕1的比例混合得到；
（2）将步骤（1）处理过的碳纤维纸（CFP）用蒸馏水漂洗至中性后80℃下烘干1小时；
（3）通过原位电化学沉积法合成Ag/CFP电极，原位电化学沉积法具体工艺是：将Pt箔连接到直流稳压电源（型号为QW-MS3010D）正极，将步骤（2）漂洗、烘干后的碳纤维纸（CFP）（1×1cm2）连接到直流稳压电源负极，将浓度为1mmol/L的AgNO3溶液作为电解液，在1.5V的电压下电镀50s，将碳纤维纸（CFP）用蒸馏水和酒精分别清洗三次，去除多余的离子，用氮气吹干，得到Ag /CFP。
所制得的Ag / CFP作为铝空气电池阴极，阳极为5N高纯Al板，2mol/L的NaOH为电解液，组装成电池进行恒流放电测试，结果表明：当电流密度为140mA/cm2，对电池放电10h，测试电池的放电电压变化，刚开始放电时，电压出现爬坡的现象，经过2个小时左右电池的电压相对稳定在1.15V左右，说明Ag / CFP作为铝空气电池阴极电压较平稳。
实施例2
一种铝空气电池阴极的制备方法，包括以下步骤：
（1）将碳纤维纸（CFP）在H2SO4/HNO3溶液中、80℃下处理5.5小时，使碳纤维纸（CFP）的表面含氧官能团（例如-COO- ，-OH）的量增加，其能够产生吸收Ag离子的活性部位，其中H2SO4/HNO3溶液为质量分数为98%的H2SO4和质量分数为65%的HNO3按照体积比3﹕1的比例混合得到；
（2）将步骤（1）处理过的碳纤维纸（CFP）用蒸馏水漂洗至中性后80℃下烘干1.5小时；
（3）通过原位电化学沉积法合成Ag / CFP电极，原位电化学沉积具体工艺是：将Pt箔连接到直流稳压电源（型号为QW-MS3010D）正极，将步骤（2）漂洗、烘干后的碳纤维纸（CFP）（1×1cm2）连接到直流稳压电源负极，将浓度为2mmol/L的AgNO3溶液作为电解液，在3.5V的电压下电镀60s，将碳纤维纸（CFP）用蒸馏水和酒精分别清洗四次，去除多余的离子，用氮气吹干，得到Ag/CFP。
制得的Ag/CFP作为铝空气电池阴极，阳极为5N高纯Al板，2mol/L的NaOH为电解液，组装成电池进行恒流放电测试，如图1所示，结果表明：当电流密度为140mA/cm2，对电池放电10h，测试电池的放电电压变化，刚开始放电时，电压出现爬坡的现象，经过2个小时左右电池的电压相对稳定在1.35V左右，说明Ag/CFP作为铝空气电池阴极电压较平稳。
实施例3
一种铝空气电池阴极的制备方法，包括以下步骤：
（1）将碳纤维纸（CFP）在H2SO4/HNO3溶液中、80℃下处理6小时，使CFP的表面含氧官能团（例如-COO-，-OH）的量增加，其能够产生吸收Ag离子的活性部位，其中H2SO4/HNO3溶液为质量分数为98%的H2SO4和质量分数为65%的HNO3按照体积比2﹕1的比例混合得到；
（2）将步骤（1）处理过的碳纤维纸（CFP）用蒸馏水漂洗至中性后80℃下烘干2小时；
（3）通过原位电化学沉积法合成Ag/CFP电极，原位电化学沉积具体工艺是：将Pt箔连接到直流稳压电源（型号为QW-MS3010D）正极，将步骤（2）漂洗、烘干后的碳纤维纸（CFP）（1×1cm2）连接到直流稳压电源负极，将浓度为5mmol/L的AgNO3溶液作为电解液，在4.5V的电压下电镀100s，将碳纤维纸（CFP）用蒸馏水和酒精分别清洗五次，去除多余的离子，用氮气吹干，得到Ag/CFP。
所制得的Ag/CFP作为铝空气电池阴极，阳极为5N高纯Al板，2mol/L的NaOH为电解液，组装成电池进行恒流放电测试，结果表明：当电流密度为140mA/cm2，对电池放电10h，测试电池的放电电压变化，刚开始放电时，电压出现爬坡的现象，经过2个小时左右电池的电压相对稳定在1.25V左右，说明Ag/CFP作为铝空气电池阴极电压平稳。
Claims (5)
1.一种铝空气电池阴极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将碳纤维纸进行预处理；
（2）将步骤（1）预处理过的碳纤维纸用蒸馏水漂洗至中性后烘干；
（3）通过原位电化学沉积法在步骤（2）的碳纤维纸上原位电化学沉积银，得到Ag/碳纤维纸铝空气电池阴极。
2.根据权利要求1所述铝空气电池阴极的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述预处理是将碳纤维纸在H2SO4/HNO3溶液中、80℃下处理5~6小时。
3.根据权利要求2所述铝空气电池阴极的制备方法，其特征在于，所述H2SO4/HNO3溶液为质量分数为98%的H2SO4和质量分数为65%的HNO3按照体积比的比例混合得到。
4.根据权利要求1所述铝空气电池阴极的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述烘干是在80℃下烘干1~2小时。
5.根据权利要求1所述铝空气电池阴极的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述原位电化学沉积法具体工艺是：将Pt箔连接到直流稳压电源正极，将预处理并漂洗、烘干后的碳纤维纸连接到直流稳压电源负极，将浓度为1~5mmol/L的AgNO3溶液作为电解液，在1.5~4.5V的电压下电镀50~100s，电镀完成后将负极的碳纤维纸用蒸馏水和酒精清洗多次，用氮气吹干，得到Ag/碳纤维纸铝空气电池阴极。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190104 |
|
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