CN2932636Y - 一种热合工艺方法制作的锌－空气金属燃料电池氧电极 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种热合工艺方法制作的锌—空气金属燃料电池氧电极，其包括一防水透气层和一催化层，防水粉料层和催化层之间夹置一集流体，三者用热合工艺方法一体成型。所述的集流体采用泡沫镍或镍网、镀银铜网、不锈钢网和泡沫铜材质制成；防水透气层原材料由乙炔黑、活性炭、石墨、聚乙烯、聚苯乙烯、氟树脂配以煤油或汽油溶剂经热合工艺制成；催化层原材料由硝酸银、硝酸锰、硝酸镧、硝酸铜、硝酸铁、硝酸镍、硝酸钴、硝酸铵、硝酸铋、碳酸氢铵、辛烷基酚聚氧乙烯醚和聚四氟乙烯的部分或全部原材料组合后经热合工艺制成。

Description

一种热合工艺方法制作的锌-空气金属燃料电池氧电极
技术领域
本实用新型涉及锌-空气金属燃料电池，属于电化学技术领域也属于电池制造技术领域。
背景技术
锌-空气金属燃料电池是当前电池领域中的最新技术，具有比能量高、工作电压平稳、原材料廉价易得等优点，被称为“面向21世纪的绿色能源”，广泛应用于航海中的航标灯、无人观测站、无线电中继站、军事设备、电力车辆、移动通讯设备等。
锌-空气金属燃料电池是以电极电位较负的金属锌作负极，以空气中的氧或纯氧作正极活性物质，电解液一般采用碱性电解质水溶液。目前影响锌-空气金属燃料电池进行工业化生产的关键技术是其氧电极的制备问题，氧电极是整个锌-空气金属燃料电池关键所在，而氧电极性能受着制备工艺、防水透气层的性能，催化剂制备与性能和集流体等多种因素的影响，所以对氧电极原材料成分的用量及成型工艺条件优化，确定氧电极最佳制备工艺，以制备出电阻小、疏水性强、透气性佳、寿命长的电极物质结构、低制造成本和机械强度高的氧电极，因此对氧电极性能研究生产对发展锌-空气金属燃料电池具有重大意义。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种热合工艺方法制作的锌-空气金属燃料电池氧电极具有高的真实比表面积、高的极限扩散电流密度，高的交换电流密度，电导率大，化学稳定性好，电流分布均匀，保持反应区稳定，高的机械强度，工作寿命长，适用温度范围宽和环保，原材料成本低。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种热合工艺方法制作的锌-空气金属燃料电池氧电极，其包括一防水透气层和一催化层，防水粉料层和催化层之间夹置一集流体，三者用热合工艺方法一体成型。
所述的集流体采用泡沫镍或镍网、镀银铜网、不锈钢网和泡沫铜材质制成。
所述的防水透气层原材料由乙炔黑、活性炭、石墨、聚乙烯、聚苯乙烯、氟树脂配以煤油或汽油溶剂经热合工艺制成。
所述的催化层原材料由硝酸银、硝酸锰、硝酸镧、硝酸铜、硝酸铁、硝酸镍、硝酸钴、硝酸铵、硝酸铋、碳酸氢铵、0P(辛烷基酚聚氧乙烯醚)和聚四氟乙烯的部分或全部原材料组合后经热合工艺制成。
所述的氧电极厚度为1毫米-5毫米。
所述的氧电极催化层厚度为0.10～0.20毫米。
本实用新型热合工艺方法制作的锌-空气金属燃料电池氧电极优点是：
1、真实比表面高；
2、具有高的极限扩散电流密度；
3、由于采用高活性能电催化剂，使其具有高的交换电流密度；
4、该热合工艺方法制作的锌-空气金属燃料电池氧电极电导率大、电流分布均匀；化学稳定性好，能保持反应区的稳定；且机械强度好，工作寿命长，使用温度范围宽；即环保又原材料成本低廉。
附图说明
图1为本实用新型锌-空气金属燃料电池氧电极结构示意图(主视)
图2为本实用新型锌-空气金属燃料电池氧电极结构示意图(俯视)
具体实施方式
如图1、图2所示，本实用新型热合工艺方法制作的锌-空气金属燃料电池氧电极包括一防水透气层1和一催化层2，中间放置有一集流体3，三者可用热合工艺方法将三体成型，4为空气引出极。
所述的集流体可采用不同材料，如：泡沫镍、镍网、镀银铜网、不锈钢网和泡沫铜等。
所述的防水透气层原材料由乙炔黑、活性炭、石墨、聚乙烯、聚苯乙烯、氟树脂配以煤油或汽油溶剂经热合工艺制成。
所述的催化层原材料由硝酸银、硝酸锰、硝酸镧、硝酸铜、硝酸铁、硝酸镍、硝酸钴、硝酸铵、硝酸铋、碳酸氢铵、OP(辛烷基酚聚氧乙烯醚)和聚四氟乙烯的部分或全部原材料组合后经热合工艺制成。
上述热合工艺方法制作的锌一空气金属燃料电池氧电极工作原理(在碱性溶液)：
O2+2H2O+4e→4OH-
此反应是在碱性溶液中，氧电极还原反应的总的表达式，要是考虑到实际气相中氧必须首先溶解入溶液，再在电极表面进行化学吸附后才进行电极反应，则它的反应过程复杂得多，目前世界上正在研究探索，没有统一结论，可以简单地表示为：
所述氧电极热合工艺制作的过程：
1、防水透气层(粉料)制备：将炭粉加入10-50％聚乙烯或聚苯乙烯，再入溶剂汽油或煤油中，缓慢加热，不断搅拌，使聚乙烯或聚苯烯溶于溶剂内，成粘稠溶液。加热至130℃-160℃时停止加热，将流动状的粉料倒搪盘内，吹风冷却，挤出多于溶剂，研磨，过30-60目筛。
2、催化层制备
将硝酸银、硝酸铜、硝酸铁、硝酸锰等(6％-50％)溶于蒸馏水中，将活性碳、石墨、乙炔黑等按(50％-94％)，逐渐加入活化液中，充分搅拌使炭粉均匀吸收活化液，然后再60℃-80℃下烘干，将干燥的碳粉用玻璃丝布包好，放在铁盒内，周围用粗活性碳掩盖，于马伏炉加热至240℃-400℃，保温1-3小时，在自然冷却至室温，过100目筛。按聚四氟乙烯(10％-30％)加入碳粉中，再加入一定量蒸馏水，充分搅拌均匀，用滚膜机进行滚压(滚膜机温度60℃-80℃)，压制成0.10毫米-0.20毫米膜。
3、氧电极成型：
将催化层和防水透气层(粉料)，分层铺到模具中热后成型。采用泡沫镍或镀银铜网作集流体，置于防水透气层(粉料)中。热合的条件温度130℃-190℃，压力保持200公斤/厘米-500公斤/厘米，氧电极厚度，随着具体类型不同约在1毫米-5毫米左右，用甲苯或丙酮萃取煤油或汽油，80℃-100℃烘干。
本实用新型锌-空气金属燃料电池氧电极，制造工艺简单可靠，结构设计合理，成本低，适合批量生产。
本实用新型锌-空气金属与燃料电池氧电极可用于多种用途的锌-空气金属燃料电池上，具有重要的经济和社会效益。

Claims (4)

1、一种热合工艺方法制作的锌—空气金属燃料电池氧电极，其特征在于：包括一防水透气层和一催化层，防水粉料层和催化层之间夹置一集流体，三者用热合工艺方法一体成型。
2、根据权利要求1所述的热合工艺方法制作的锌—空气金属燃料电池氧电极，其特征在于：所述的集流体为泡沫镍或镍网、镀银铜网、不锈钢网和泡沫铜材质制成的集流体层。
3、根据权利要求1所述的热合工艺方法制作的锌—空气金属燃料电池氧电极，其特征在于：所述的氧电极厚度为1毫米-5毫米。
4、根据权利要求1所述的热合工艺方法制作的锌—空气金属燃料电池氧电极，其特征在于：所述的氧电极催化层厚度为0.10～0.20毫米。
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