CN111244473A - 一种采用改性催化剂的空气电极结构及其制作方法 - Google Patents

一种采用改性催化剂的空气电极结构及其制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111244473A
CN111244473A CN202010064116.7A CN202010064116A CN111244473A CN 111244473 A CN111244473 A CN 111244473A CN 202010064116 A CN202010064116 A CN 202010064116A CN 111244473 A CN111244473 A CN 111244473A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
waterproof
air electrode
manufacturing
structural layer
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.)
Pending
Application number
CN202010064116.7A
Other languages
English (en)
Inventor
辛亦兵
吴智远
李硕峰
李成
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.)
Anyi Aluminum Beijing Energy Technology Co Ltd
Original Assignee
Anyi Aluminum Beijing Energy Technology Co Ltd
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 Anyi Aluminum Beijing Energy Technology Co Ltd filed Critical Anyi Aluminum Beijing Energy Technology Co Ltd
Priority to CN202010064116.7A priority Critical patent/CN111244473A/zh
Publication of CN111244473A publication Critical patent/CN111244473A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8647—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites
    • H01M4/8657—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites layered
    • 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
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8828—Coating with slurry or ink
    • 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
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9075—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers
    • 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
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/96—Carbon-based electrodes
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种采用改性催化剂的空气电极结构及其制作方法，该空气电极用于设置在空气电池中作为正极，包括作为主体承载结构的板状的结构层和涂覆在结构层上催化层，所述催化层内包含有通过球磨活化处理的石墨；在结构层单侧还设有覆盖在催化层外表面的防水层。本发明通过使用改性后的石墨材料替代较为昂贵的贵金属催化材料，并通过改良制作工艺，从而相较于现有技术能够节省制造成本，同时能够使催化层较好的贴合在结构层上，长时间使用后任能够保持较好的固定状态，避免因为脱落失效导致电池效率下降。

Description

一种采用改性催化剂的空气电极结构及其制作方法
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体涉及一种空气电池的电极结构和制作方法。
背景技术
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料；同时没有机械传动部件，故没有噪声污染，不排放出的有害气体。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。
空气电池是化学电池的一种，构造原理与干电池相似，但其利用燃料电池的原理，采用氧气作为氧化剂，所不同的只是它的氧化剂取自空气中的氧。例如以锌为阳极，以氢氧化钠为电解液，而阴极是多孔的活性炭，因此能吸附空气中的氧以代替一般干电池中的氧化剂(二氧化锰)。
而传统的空气电池采用能够导通气体的材料作为正极结构，该材料不仅能够导通外部氧气，还能够防止内部电解液漏出。
为了提供较好的导气效果，现有的空气电池通过改进电极结构，将其制作形成一种桶装的容器结构，并在外部设有栅栏式的外壳，并在其内部采用能够防水导气的材料层，从而实现大面积导气的效果。该空气电池包括集电层、催化层、防水层和防水膜四个部分。而催化层多采用金属铂、银等作为催化介质，或者采用金属氧化物作为催化介质，如MnO2等。上述催化剂不仅成本较高，且制作方法较为复杂，且因为需要形成薄层结构，采用金属氧化物和贵金属单质容易脱落，故造成催化剂失效影响电池放电性能。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种采用特殊处理的石墨催化材料制作而成的空气电极及其制作方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种采用改性催化剂的空气电极结构，该空气电极用于设置在空气电池中作为正极，包括作为主体承载结构的板状的结构层和涂覆在结构层上催化层，所述催化层内包含有通过球磨活化处理的石墨；
在结构层单侧还设有覆盖在催化层外表面的防水层。
本发明是一种单层的板材电极结构，
进一步的，所述结构层为镀金属层的泡沫板结构。一般为泡沫镍材料，制造方式是用电沉积技术制备。所用基体材料为多孔的开孔泡沫塑料，采用化学镀镍、真空镀镍和浸导电胶(钯溶胶，亚微米级石墨乳等)三种方法均可制备导电层，经预镀镍便可在通用的硫酸盐镀镍电解液中电镀厚镍，后经灼烧、还原、退火工序便可得到性能优良的三维网状泡沫镍材料。海绵状多孔金属镍、铁、铜及其它们的复合层多孔体可用作过滤载体、化工催化剂载体、电磁屏蔽材料、贵金属置换回收等众多领域。
熔融碳酸盐燃料电池通常的工作温度为550-700℃之间，泡沫镍可以成为熔融碳酸盐燃料电池的电催化剂。泡沫镍可以用于质子交换膜产电池(PEMFC)的两极极板改性材料、固体氧化物燃料电池(SOFC)的电极中继馈线、电解中电极材料(如在水电解剂环境中)。加大表面积还可用于生成燃料电池用氢气和合成气。
一种空气电极的制作方法，用于制作上述的空气电极结构，具体步骤如下：
G1.准备好石墨原材料，并通过振动球磨机进行改性处理后得到振动石墨备用；
G2.将5-10wt.％的振动石墨、12-18wt.％的碳黑、60-90wt.％的活性炭混合后形成混合粉末，将混合粉末与粘合剂以质量比值在0.6-1范围内进行配置得到催化层浆料；配置方式是将混合粉末和粘合剂放入搅拌机中在1000-2000r/min的转速下均匀搅拌1-2h；
G3.在准备好的结构层上通过胶带占位预留电极连接位，然后将催化层浆料涂覆在结构层外表面并烘干形成催化层；这里所述的胶带是为了解决催化层浆料完全将泡沫镍覆盖导致集电铜条无法焊接的问题，预先在涂覆催化层浆料前用胶带覆盖一定区域，一般为长度方向的边缘，而所述的胶带宽度为5mm；
G4.将准备好的防水浆料涂覆在结构层单侧的催化层表面形成防水层，并将胶带去除后继续烘烤；
G5.当烘烤后在预留的电极连接位上设置导电触点得到空气电极成品。
进一步的，所述防水浆料的制作方法具体为：先将15-25wt.％的碳黑、30-50wt.％的乙炔黑和25-35wt.％的活性炭混合形成防水混合物；
将防水混合物与粘接剂以质量比值在0.6-1范围内进行混合，并在室温下搅拌使的防水混合物在粘接剂中均匀分散形成防水层浆料。
进一步的，在制作催化层浆料中使用的粘接剂采用浓度为60％的PTFE乳液和浓度为50％的酒精混合物。
进一步的，所述粘接剂采用浓度为60％的PTFE乳液和浓度为50％的酒精混合物。
进一步的，所述步骤G3中的烘干过程是将涂覆有催化层的结构层放入烘箱中在70-100℃温度下烘烤1-2h，并在烘干后放入液压机中压制2-3次。
进一步的，所述步骤G4中的烘干过程是将涂覆有防水浆料的结构层放入烘箱中在80℃的温度下烘制1-2h；
且在烘干之后放入液压机液压2-3次达到成品厚度。
进一步的，所述步骤G4在液压机压制之后再在防水层一侧通过液压机压制有防水膜。
进一步的，所述步骤G4中在压制有防水膜之后进行第二次烘干，在压制有防水膜的空气电极外部采用锡纸进行包裹，在外部采用两块钢板夹紧，并在温度为320-380℃的环境下烘制0.5-1.5h。
本发明的有益效果为：
本发明是采用石墨进行机械改性，激活石墨的活性，使改性后的石墨代替成本较高的贵金属催化材料在空气电池中的应用，从而简化了空气电极的制备工艺，节约了制作成本。
同时相较于现有的多层空气电极结构，本发明采用单层结构在保证具有较好的电极功能，同时又能够简化现有多层空气电极的制作工艺，从而提高生产良率。
具体实施方式
实施例1：
本实施例是一种采用改性催化剂的空气电极结构，该空气电极用于设置在空气电池中作为正极，包括作为主体承载结构的板状的结构层和涂覆在结构层上催化层，所述催化层内包含有通过球磨活化处理的石墨；在结构层单侧还设有覆盖在催化层外表面的防水层。其中，结构层为镀金属层的泡沫板结构。
实施例2：
本实施例公开一种空气电极结构，包括泡沫镍材质的结构层，其中结构层表面涂覆催化层，所述催化层内包含有通过球磨活化处理的石墨；在结构层单侧还设有覆盖在催化层外表面的防水层。
其中，所述的催化层由催化层浆料涂覆而成，所述催化层浆料由混合粉末和粘合剂以1:1.2的体积比相互融合配置而成，而所述的混合粉末包括5-10wt.％的振动石墨、12-18wt.％的碳黑、60-90wt.％的活性炭。
而粘合剂采用浓度为60％的PTFE乳液和浓度为50％的酒精混合物。
实施例3：
本实施例中公开一种空气电极结构，包括泡沫镍材质的结构层，其中结构层表面涂覆催化层，所述催化层内包含有通过球磨活化处理的石墨；在结构层单侧还设有覆盖在催化层外表面的防水层。
其中，所述的催化层由催化层浆料涂覆而成，所述催化层浆料由混合粉末和粘合剂以1:1.2的体积比相互融合配置而成，而所述的混合粉末包括8wt.％的振动石墨、12wt.％的碳黑、80wt.％的活性炭。
而粘合剂采用浓度为60％的PTFE乳液和浓度为50％的酒精混合物。
其中，所述的防水层由防水浆料涂覆烘干而成，而所述的防水浆料由防水混合物和粘合剂以1:1.2的体积比进行混合制成。所述的防水混合物包括20wt.％的碳黑、45wt.％的乙炔黑和35wt.％的活性炭。
实施例4：
本实施例公开一种空气电极结构，包括泡沫镍材质的结构层，其中结构层表面涂覆催化层，所述催化层内包含有通过球磨活化处理的石墨；在结构层单侧还设有覆盖在催化层外表面的防水层。
其中机械球磨是一种有效的方法，碳材料，特别是有较多晶格缺陷的硬碳，具有比石墨的理论嵌锂量高一倍的高嵌锂容量，是一种很有前途的锂离子电池的正极，而机械球磨同样被用来制备有晶格缺陷的碳材料。
其中，所述的催化层由催化层浆料涂覆而成，所述催化层浆料由混合粉末和粘合剂以1:1.2的体积比相互融合配置而成，而所述的混合粉末包括8wt.％的振动石墨、12wt.％的碳黑、80wt.％的活性炭。
而粘合剂采用浓度为60％的PTFE乳液和浓度为50％的酒精混合物。
其中，所述的防水层由防水浆料涂覆烘干而成，而所述的防水浆料由防水混合物和粘合剂以1:1.2的体积比进行混合制成。所述的防水混合物包括20wt.％的碳黑、45wt.％的乙炔黑和35wt.％的活性炭。
同时，本实施例的空气电极的制作方法具体步骤如下：
(1)准备好石墨原材料，并通过振动球磨机进行改性处理后得到振动石墨备用；
(2)将8wt.％的振动石墨、12wt.％的碳黑、80wt.％的活性炭混合后形成混合粉末，将混合粉末与粘合剂以质量比值在0.7范围内进行配置得到催化层浆料；
(3)在准备好的结构层上通过胶带占位预留电极连接位，然后将催化层浆料涂覆在结构层外表面并烘干形成催化层，烘干时将涂覆有催化层的结构层放入烘箱中在80℃温度下烘烤2h，并在烘干后放入液压机中压制3次；
(4)将准备好的防水浆料涂覆在结构层单侧的催化层表面形成防水层，并将胶带去除后继续烘烤，烘干过程是将涂覆有防水浆料的结构层放入烘箱中在80℃的温度下烘制1.5h；且在烘干之后放入液压机液压3次达到成品厚度，液压机压制之后再在防水层一侧通过液压机压制有防水膜；在压制有防水膜之后进行第二次烘干，在压制有防水膜的空气电极外部采用锡纸进行包裹，在外部采用两块钢板夹紧，并在温度为370℃的环境下烘制1h；
(5)当烘烤后在预留的电极连接位上设置导电触点得到空气电极成品。
其中，所述防水浆料的制作方法具体为：先将20wt.％的碳黑、45wt.％的乙炔黑和35wt.％的活性炭混合形成防水混合物；将防水混合物与粘接剂以质量比值在0.8进行混合，并在室温下搅拌使的防水混合物在粘接剂中均匀分散形成防水层浆料。
在制作催化层浆料中使用的粘接剂采用浓度为60％的PTFE乳液和浓度为50％的酒精混合物。粘接剂采用浓度为60％的PTFE乳液和浓度为50％的酒精混合物。
虽然用高温高压的方法或是用机械球磨的方法都能产生高度弯曲的石墨面，但其形成的机理不同。一般认为高温高压引起的石墨面的弯曲，是为了消除微小石墨片边缘的碳悬键，这种石墨面的弯曲被认为是能量降低的，是一种稳定结构。
而石墨面的弯曲是由平面状的片直接圈曲而成的，其中间隙碳原子可能起到一定的作用，因为该过程中应力的产生和缺陷的引入使体系能量上升，结构不稳定。机械球磨对石墨结构的影响，是由石墨本身的结构特征和球磨的特性决定的。
一方面，石墨是层状结构的，层内是碳碳间由sp2杂化轨道形成的牢固的共价键，而层间是由离域的π键结合而成的。sp2键比金刚石的sp3键还要牢固，而π键又特别弱，这种结构特征使石墨有牢固的层内结构而层间的相互作用又很弱，因此层间的结构很容易被破坏而层内结构特别稳定.
石墨的这种结构使其在受到外界的猛烈作用时，层间容易相对滑动，引入杂质、缺陷等，而层内结构能基本保持下来。另一方面，机械球磨能在局部产生的瞬时压力，足以使石墨的层间结构发生变化，同时破坏局部的层内结构。结果引入了各种晶格缺陷，使石墨面弯曲并生成了纳米弓形和巴基洋葱等。
也就是说，通过机械球磨的方式处理后的石墨材料，能够引入各种晶格缺陷，而晶格缺陷能够造成更多的氧空位，有利于捕获电子，从而使晶体产生无序和熵增。缺陷增加导致能带结构改变，表面态改变。能带结构影响电子迁移和传递，表面态改变涉及配位数和局域电子的变化，更利于底物吸附产物脱附或者催化剂和底物分子电子传递等，从物理和化学两个方面都可能利于电子传递，也就利于催化反应发生。
实施例5：
本实施例公开一种空气电极结构，包括泡沫镍材质的结构层，其中结构层表面涂覆催化层，所述催化层内包含有作为催化剂的铂和银颗粒；在结构层单侧还设有覆盖在催化层外表面的防水层。
催化层由催化层浆料涂覆而成，所述催化层浆料由混合粉末和粘合剂以1:1.2的体积比相互融合配置而成，而所述的混合粉末包括8wt.％的铂银颗粒、12wt.％的碳黑、80wt.％的活性炭。而粘合剂采用浓度为60％的PTFE乳液和浓度为50％的酒精混合物。
防水层由防水浆料涂覆烘干而成，而所述的防水浆料由防水混合物和粘合剂以1:1.2的体积比进行混合制成。所述的防水混合物包括20wt.％的碳黑、45wt.％的乙炔黑和35wt.％的活性炭。
同时，本实施例的空气电极的制作方法具体步骤如下：
(1)将8wt.％的铂银颗粒、12wt.％的碳黑、80wt.％的活性炭混合后形成混合粉末，将混合粉末与粘合剂以质量比值在0.8进行配置得到催化层浆料；
(3)在准备好的结构层上通过胶带占位预留电极连接位，然后将催化层浆料涂覆在结构层外表面并烘干形成催化层，烘干时将涂覆有催化层的结构层放入烘箱中在80℃温度下烘烤2h，并在烘干后放入液压机中压制3次；
(4)将准备好的防水浆料涂覆在结构层单侧的催化层表面形成防水层，并将胶带去除后继续烘烤，烘干过程是将涂覆有防水浆料的结构层放入烘箱中在80℃的温度下烘制1.5h；且在烘干之后放入液压机液压3次达到成品厚度，液压机压制之后再在防水层一侧通过液压机压制有防水膜；在压制有防水膜之后进行第二次烘干，在压制有防水膜的空气电极外部采用锡纸进行包裹，在外部采用两块钢板夹紧，并在温度为370℃的环境下烘制1h；
(5)当烘烤后在预留的电极连接位上设置导电触点得到空气电极成品。
其中，所述防水浆料的制作方法具体为：先将碳黑、乙炔黑和活性炭混合形成防水混合物；将防水混合物与粘接剂以质量比值在0.9范围内进行混合，并在室温下搅拌使的防水混合物在粘接剂中均匀分散形成防水层浆料。
在制作催化层浆料中使用的粘接剂采用浓度为60％的PTFE乳液和浓度为50％的酒精混合物。粘接剂采用浓度为60％的PTFE乳液和浓度为50％的酒精混合物。
实施例6：
本实施例公开一种空气电极结构，包括泡沫镍材质的结构层，其中结构层表面涂覆催化层，所述催化层内包含有作为催化剂的石墨材料；在结构层单侧还设有覆盖在催化层外表面的防水层。
催化层由催化层浆料涂覆而成，所述催化层浆料由混合粉末和粘合剂以1:1.2的体积比相互融合配置而成，而所述的混合粉末包括8wt.％的石墨、12wt.％的碳黑、80wt.％的活性炭。而粘合剂采用浓度为60％的PTFE乳液和浓度为50％的酒精混合物。
防水层由防水浆料涂覆烘干而成，而所述的防水浆料由防水混合物和粘合剂以1:1.2的体积比进行混合制成。所述的防水混合物包括20wt.％的碳黑、45wt.％的乙炔黑和35wt.％的活性炭。
同时，本实施例的空气电极的制作方法具体步骤如下：
(1)将8wt.％的石墨、12wt.％的碳黑、80wt.％的活性炭混合后形成混合粉末，将混合粉末与粘合剂以质量比值在0.8进行配置得到催化层浆料；
(3)在准备好的结构层上通过胶带占位预留电极连接位，然后将催化层浆料涂覆在结构层外表面并烘干形成催化层，烘干时将涂覆有催化层的结构层放入烘箱中在80℃温度下烘烤2h，并在烘干后放入液压机中压制3次；
(4)将准备好的防水浆料涂覆在结构层单侧的催化层表面形成防水层，并将胶带去除后继续烘烤，烘干过程是将涂覆有防水浆料的结构层放入烘箱中在80℃的温度下烘制1.5h；且在烘干之后放入液压机液压3次达到成品厚度，液压机压制之后再在防水层一侧通过液压机压制有防水膜；在压制有防水膜之后进行第二次烘干，在压制有防水膜的空气电极外部采用锡纸进行包裹，在外部采用两块钢板夹紧，并在温度为370℃的环境下烘制1h；
(5)当烘烤后在预留的电极连接位上设置导电触点得到空气电极成品。
其中，所述防水浆料的制作方法具体为：先将碳黑、乙炔黑和活性炭混合形成防水混合物；将防水混合物与粘接剂以质量比值在0.9范围内进行混合，并在室温下搅拌使的防水混合物在粘接剂中均匀分散形成防水层浆料。
在制作催化层浆料中使用的粘接剂采用浓度为60％的PTFE乳液和浓度为50％的酒精混合物。粘接剂采用浓度为60％的PTFE乳液和浓度为50％的酒精混合物。
实施例7：
本实施例是在上述实施例4的基础上进行调整，将其中制作工艺进行调整。
具体的制作步骤如下：
(1)准备好石墨原材料，并通过振动球磨机进行改性处理后得到振动石墨备用；
(2)将8wt.％的振动石墨、12wt.％的碳黑、80wt.％的活性炭混合后形成混合粉末，将混合粉末与粘合剂以质量比值在0.7范围内进行配置得到催化层浆料；
(3)在准备好的结构层上通过胶带占位预留电极连接位，然后将催化层浆料涂覆在结构层外表面并烘干形成催化层，烘干时将涂覆有催化层的结构层放入烘箱中在80℃温度下烘烤2h后待用；
(4)将准备好的防水浆料涂覆在结构层单侧的催化层表面形成防水层，并将胶带去除后继续烘烤，烘干过程是将涂覆有防水浆料的结构层放入烘箱中在80℃的温度下烘制1.5h；且在烘干之后放入液压机液压3次达到成品厚度，液压机压制之后再在防水层一侧通过液压机压制有防水膜；
(5)当烘烤后在预留的电极连接位上设置导电触点得到空气电极成品。
其中，所述防水浆料的制作方法具体为：先将20wt.％的碳黑、45wt.％的乙炔黑和35wt.％的活性炭混合形成防水混合物；将防水混合物与粘接剂以质量比值在0.8进行混合，并在室温下搅拌使的防水混合物在粘接剂中均匀分散形成防水层浆料。
在制作催化层浆料中使用的粘接剂采用浓度为60％的PTFE乳液和浓度为50％的酒精混合物。粘接剂采用浓度为60％的PTFE乳液和浓度为50％的酒精混合物。
而上述实施例4中相较于现有技术中，直接采用球磨处理过的石墨材料作为催化剂，能够接近或者达到现有贵金属催化材料的催化效果，同时具有较低的制作和材料成本。
为了验证上述改进所带来的有益效果，通过对上述实施例4-7中的样品进行测试，测试内容是采用该电极材料制作的相同结构尺寸的燃料电池的电流密度，而测试时对应燃料电池的均为同样测试状态，内部所填充的燃料量相同。测试其在1V的电压输出时的电流密度，同时加入一组采用现有空气电极的燃料电池作为对比实验组，而每组样品包含多个电池，但为了反应更加实际的测试结构，数据并不取均值，而是直接将所有测试数据以范围值进行表示，具体测试结果如下：
Figure BDA0002375426180000121
可以看到，其中实施例5中采用铂银颗粒作为催化剂，采用相同的含量，其达到的电流密度与实施例4中的样品接近，但同样的质量的振动石墨的成本仅为贵金属催化剂成本的5％不到；
而实施例6中则为了提供对比效果，采用的是未处理过的石墨材料，可见采用普通的石墨材料对其催化效果影响较大，因为其不具有较多的晶格缺陷，无法造成更多的氧空位，不利于捕获电子，相较于振动球磨机处理过的石墨材料，其电流密度较低；
实施例7中将其制作工艺进行调整，其中并未对催化层进行液压，同时在整个电极制作成型后并未进行二次液压，导致在使用时出现可观测的表面材料脱落，且在多次实验后出现电解液渗漏的情况出现。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种采用改性催化剂的空气电极结构，该空气电极用于设置在空气电池中作为正极，其特征在于：包括作为主体承载结构的板状的结构层和涂覆在结构层上催化层，所述催化层内包含有通过球磨活化处理的石墨；
在结构层单侧还设有覆盖在催化层外表面的防水层。
2.根据权利要求1所述的一种采用改性催化剂的空气电极结构，其特征在于：所述结构层为镀金属层的泡沫板结构。
3.一种空气电极的制作方法，其特征在于：用于制作权利要求2中的空气电极结构，具体步骤如下：
G1.准备好石墨原材料，并通过振动球磨机进行改性处理后得到振动石墨备用；
G2.将5-10wt.％的振动石墨、12-18wt.％的碳黑、60-90wt.％的活性炭混合后形成混合粉末，将混合粉末与粘合剂以质量比值在0.6-1范围内进行配置得到催化层浆料；
G3.在准备好的结构层上通过胶带占位预留电极连接位，然后将催化层浆料涂覆在结构层外表面并烘干形成催化层；
G4.将准备好的防水浆料涂覆在结构层单侧的催化层表面形成防水层，并将胶带去除后继续烘烤；
G5.当烘烤后在预留的电极连接位上设置导电触点得到空气电极成品。
4.根据权利要求3所述的一种空气电极的制作方法，其特征在于：所述防水浆料的制作方法具体为：先将15-25wt.％的碳黑、30-50wt.％的乙炔黑和25-35wt.％的活性炭混合形成防水混合物；
将防水混合物与粘接剂以质量比值在0.6-1范围内进行混合，并在室温下搅拌使的防水混合物在粘接剂中均匀分散形成防水层浆料。
5.根据权利要求3所述的一种空气电极的制作方法，其特征在于：在制作催化层浆料中使用的粘接剂采用浓度为60％的PTFE乳液和浓度为50％的酒精混合物。
6.根据权利要求4所述的一种空气电极的制作方法，其特征在于：所述粘接剂采用浓度为60％的PTFE乳液和浓度为50％的酒精混合物。
7.根据权利要求4所述的一种空气电极的制作方法，其特征在于：所述步骤G3中的烘干过程是将涂覆有催化层的结构层放入烘箱中在70-100℃温度下烘烤1-2h，并在烘干后放入液压机中压制2-3次。
8.根据权利要求4所述的一种空气电极的制作方法，其特征在于：所述步骤G4中的烘干过程是将涂覆有防水浆料的结构层放入烘箱中在80℃的温度下烘制1-2h；
且在烘干之后放入液压机液压2-3次达到成品厚度。
9.根据权利要求8所述的一种空气电极的制作方法，其特征在于：所述步骤G4在液压机压制之后再在防水层一侧通过液压机压制有防水膜。
10.根据权利要求9所述的一种空气电极的制作方法，其特征在于：所述步骤G4中在压制有防水膜之后进行第二次烘干，在压制有防水膜的空气电极外部采用锡纸进行包裹，在外部采用两块钢板夹紧，并在温度为320-380℃的环境下烘制0.5-1.5h。
CN202010064116.7A 2020-01-20 2020-01-20 一种采用改性催化剂的空气电极结构及其制作方法 Pending CN111244473A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010064116.7A CN111244473A (zh) 2020-01-20 2020-01-20 一种采用改性催化剂的空气电极结构及其制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010064116.7A CN111244473A (zh) 2020-01-20 2020-01-20 一种采用改性催化剂的空气电极结构及其制作方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111244473A true CN111244473A (zh) 2020-06-05

Family

ID=70864851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010064116.7A Pending CN111244473A (zh) 2020-01-20 2020-01-20 一种采用改性催化剂的空气电极结构及其制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111244473A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120321989A1 (en) * 2010-03-19 2012-12-20 Asahi Glass Company, Limited Membrane/electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell and process for producing cathode for polymer electrolyte fuel cell
CN104271502A (zh) * 2012-05-21 2015-01-07 英默里斯石墨及活性炭瑞士有限公司 表面改性碳杂化体颗粒、其制备方法和应用
CN106374115A (zh) * 2016-10-19 2017-02-01 深圳市锐劲宝能源电子有限公司 多层复合氧催化电极及其制作方法
WO2019193500A1 (en) * 2018-04-03 2019-10-10 3M Innovative Properties Company Non-woven electrode integrated with transport protection layer for electrochemical devices

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120321989A1 (en) * 2010-03-19 2012-12-20 Asahi Glass Company, Limited Membrane/electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell and process for producing cathode for polymer electrolyte fuel cell
CN104271502A (zh) * 2012-05-21 2015-01-07 英默里斯石墨及活性炭瑞士有限公司 表面改性碳杂化体颗粒、其制备方法和应用
CN106374115A (zh) * 2016-10-19 2017-02-01 深圳市锐劲宝能源电子有限公司 多层复合氧催化电极及其制作方法
WO2019193500A1 (en) * 2018-04-03 2019-10-10 3M Innovative Properties Company Non-woven electrode integrated with transport protection layer for electrochemical devices

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周运鸿等: "氧在振动球磨石墨上阴极还原动力学的研究", 《高等学校化学学报》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101602337B1 (ko) 리튬 공기 전지용 공기 전극 및 이의 제조 방법
WO2009148115A1 (ja) 炭素触媒及び炭素触媒の製造方法、燃料電池、蓄電装置、炭素触媒の使用方法
CN109950561B (zh) 碳氮基铁材料的锌空气电池催化剂制备方法
CN102263269B (zh) 锌镍电池负极活性材料、斜拉网负极基体、负极及其制备方法
CN1152443C (zh) 生产镍酸锂或镍酸锂与钴酸锂的固溶体正电极的方法以及用此电极的锂电池
CN107244664B (zh) 类石墨烯结构碳电极材料的制备方法及应用
CN111740125B (zh) 锌空气电池阴极材料、全固态锌空气电池及其制备方法
CN112366324B (zh) 一种多层功能结构和耐久稳定的电可充空气电极及其制造方法
Pan et al. A novel structural design of air cathodes expanding three-phase reaction interfaces for zinc-air batteries
CN112290098A (zh) 一种防胀气聚合物锂离子电池及其制备方法
CN112886134A (zh) 一种锂硫电池用隔膜修饰材料的制备方法
CN111276702A (zh) 金属空气电池阴极用泡沫电极的制备方法、金属空气电池阴极及金属空气电池
Zhu et al. Neuron-inspired design of hierarchically porous carbon networks embedded with single-iron sites for efficient oxygen reduction
CN108878905B (zh) 一种铜磁集流体及其制备工艺和包含其的磁性锂空电池
CN113991194A (zh) 一种液态金属改性二维硅氧烯负极及其制备方法与应用
CN108163852A (zh) 一种灵芝基二维片状碳材料及其制备方法和作为二次电负极材料的应用
CN115995533B (zh) 一种钠离子电池层状复合氧化物
CN112993273A (zh) 一种自支撑空气电极及其制备和应用
CN112563462A (zh) 一种高电压复合正极材料及包含该材料的锂离子电池
CN111244473A (zh) 一种采用改性催化剂的空气电极结构及其制作方法
CN110211817B (zh) 一种铝掺杂碱式氟化钴超薄纳米片阵列电极的制作方法
CN111446455A (zh) 一种金属空气电池的电极材料、正极和金属空气电池
CN117117274B (zh) 一种甲酸燃料电池及其制备方法
CN113270598B (zh) 一种具有金属空气电池自催化活性的过渡金属掺杂型化合物
CN113823803B (zh) 一种质子交换膜燃料电池气体扩散层-rGO@Ni/Nifoam的制备方法及应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
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: 20200605

RJ01 Rejection of invention patent application after publication