[发明专利]基于单壁碳纳米管的空气阴极

权利要求书

1.一种用于金属-空气电池或燃料电池的空气阴极，所述的金属-空气电池和燃料电池含有电解液，所述空气阴极包括：一层具有至少一个疏水表面的多孔膜；和

一层导电催化膜，所述导电催化膜由单壁碳纳米管(SWNTs)组成并在所述单壁碳纳米管间具有密切的电接触，其中所述的导电催化膜与所述多孔膜的疏水表面接触，并且所述导电催化膜与电解液直接接触。

2.如权利要求1所述的空气阴极，其中所述的多孔膜包含一种疏水性聚合物，陶瓷或玻璃。

3.如权利要求2所述的空气阴极，其中所述的疏水性聚合物包括聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚乙烯，聚丙烯，任何一种聚酰胺，任何一种聚砜，或一种含有全氟烃基侧链的聚烯烃。

4.如权利要求1所述的空气阴极，其中所述的单壁碳纳米管被电荷转移或取代型掺杂物掺杂。

5.如权利要求4所述的空气阴极，其中所述的掺杂物包括石墨插入剂。

6.如权利要求4所述的空气阴极，其中所述的取代型掺杂物是硼或氮。

7.如权利要求1所述的空气阴极，其中所述的多孔膜具有非平面形貌并且其中所述的导电催化膜符合所述的形貌。

8.如权利要求1所述的空气阴极，其中所述的单壁碳纳米管间具有紧密的物理接触。

9.如权利要求1所述的空气阴极，其中所述的导电催化膜厚度在10至20000nm。

10.如权利要求1所述的空气阴极，进一步包括使外部电路电连接到所述导电催化膜的一部分的构件。

11.如权利要求1所述的空气阴极，其中多孔膜包含多个孔径在0.1-0.22μm的孔。

12.一种金属-空气电池，包括：

一种电解液；

一个空气阴极，所述空气阴极包括一层多孔膜和一层导电催化膜，所述多孔膜具有至少一个疏水表面，所述导电催化膜由单壁碳纳米管SWNTs组成并且所述单壁碳纳米管间具有密切的电接触，其中所述的导电催化膜与所述的多孔膜的疏水表面接触，并与电解液直接接触；和

一种包含金属的阳极。

13.如权利要求12所述的金属-空气电池，其中所述的金属包括钛，锌，铝，镁或锂。

14.如权利要求12所述的金属-空气电池，其中多孔膜包含多个孔径在0.1-0.22μm的孔。

15.一种燃料电池，包括:

一种电解液；

一个空气阴极，所述空气阴极包括一层多孔膜和一层导电催化膜，所述多孔膜具有至少一个疏水表面，所述导电催化膜由单壁碳纳米管(SWNTs)组成并且所述单壁碳纳米管间具有密切的电接触，其中所述的导电催化膜与所述的多孔膜的疏水表面接触，并与电解液直接接触；和

一种阳极，在阳极中燃料被氧化。

16.如权利要求15所述的燃料电池，其中所述的燃料包括氢，碳氢化合物或乙醇。

17.如权利要求15所述的燃料电池，其中多孔膜包含多个孔径在0.1-0.22μm的孔。

18.一种制备空气阴极的方法，包含如下步骤：

提供一层具有至少一个疏水表面的多孔膜；

将含有多个单壁碳纳米管的悬浊液采用过滤通过所述多孔膜的方式沉积，其中均匀的单壁碳纳米管膜符合所述的疏水表面的形貌；并且

用溶剂洗涤所述的单壁碳纳米管膜，其中单壁碳纳米管之间密切的电接触导致形成由单壁碳纳米管(SWNTs)组成的导电催化膜。

19.如权利要求18所述的方法，进一步包括将一个将导体连接到所述的导电催化膜的一部分上的步骤。

20.如权利要求18所述的方法，其中所述的多孔膜具有非平面形貌，形成具有非平面形貌的多孔膜的方法包含以下步骤：

提供一种液体聚合物涂料，所述液体聚合物涂料包含一种聚合物、至少一种溶剂和至少一种非溶剂；

所述液体聚合物涂料在一个固体表面上流延和流平；

蒸发所述的溶剂和非溶剂，其中在蒸发过程中在所述的聚合物之间发生相分离，其中多孔膜在至少一个多孔膜表面上具有凸起和/或凹进结构；并且

从所述固体表面上取下所述的多孔膜。