[发明专利]锌空电池的空气电极

说明书

技术领域

本发明涉及锌空电池，尤其涉及锌空电池的空气电极。

背景技术

锌空电池以金属锌为负极活性物质，空气中的氧气为正极活性物质，两活性物质在空气电极与电解液的界面处被空气电极的催化层所催化发生电化学反应而产生电能。锌空电池具有比能量高、成本低、放电性能平稳等优点，有着巨大的市场前景；然而锌空电池放电电流密度偏低，不适用于大电流密度的放电，限制了其被广泛应用。采用提高空气电极空气扩散总面积的方法可以在一定程度上增大放电电流，但是同时却会加剧锌空电池的漏液爬碱难题；另外，提高反应过程中催化剂的催化活性，就可以加速空气中的氧气被吸附入电池的内部，提高氧气在反应界面处的反应速率，从而增大电池的放电电流，因此，提高空气电极的催化性能、寻找廉价高效的催化剂一直是锌空电池研究的热点。当前报道过的催化剂有贵金属铂或铂的合金及可替代贵金属铂的催化剂，主要围绕银或银的合金、金属螯合物等，其缺点在于催化剂价格昂贵，增加了电池的生产成本；目前多采用传统的二氧化锰等作为空气电极的催化剂，但其电流密度较低，为了提高其电流密度，有从改进工艺或制备方法上着手，如使用溶胶凝胶制备二氧化锰催化剂，这种方法稍微提高了二氧化锰的催化性能，但其工艺制备方法复杂，制备成本较高；另一种方法是在二氧化锰中添加辅助物质，如Co、Li或稀土元素，其电流密度较传统的用二氧化锰作为催化剂的空气电极的电流密度略有提升，但仍然偏低，且催化剂价格较贵，使电池成本较高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有的使用贵金属催化剂和使用以二氧化锰主要催化剂的锌空电池空气电极电流密度偏低、价格较高、生产成本低等缺陷而提供一种锌空电池的空气电极，该空气电极使用的催化剂制备简单、价格较低且使用该催化剂使得空气电极的电流密度得到较好的提高。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种锌空电池的空气电极，由催化层、扩散层与集流体压制成型，所述催化层中的催化剂为TiO₂/AC催化剂。

所述TiO₂/AC催化剂由以下方法制得：用体积浓度为10％的稀硝酸处理活性炭，过滤，蒸馏水多次洗涤，烘干，研磨，过目，与质量比为所述活性炭2～7.6倍的TiCl₄溶液在0℃～5℃进行水解反应，反应产物在400℃～800℃下煅烧，冷却至室温后研磨得所述TiO₂/AC催化剂。

优选的，所述催化层包括重量百分比为5～35％的催化剂，45～75％的碳材料，0～10％的聚乙二醇，5～10％的无水乙醇以及10～25％的聚四氟乙烯；所述扩散层包括重量百分比为35～60％的碳材料，5～20％的造孔剂，5～10％的无水乙醇以及20～55％的聚四氟乙烯。

优选的，所述碳材料为重量比为6：1的活性炭和乙炔黑。

优选的，所述造孔剂为聚乙二醇。

优选的，所述催化层、扩散层与集流体在25～35Mpa下压制成型。

优选的，所述集流体为导电铜网。 

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明的TiO₂/AC催化剂是由廉价的TiCl₄一步水蒸气水解反应制备而得的粉状催化剂，与一般的制备纳米TiO₂方法不同的是TiCl₄被活性炭均匀吸附水解的同时实现了TiO₂的均匀负载分布，免去了传统的先制备TiO₂溶胶或纳米颗粒后再负载的繁琐过程。实现了催化剂制备的操作简单和电极生产成本的降低。

2、本发明的TiO₂/AC催化剂在400℃～800℃下煅烧而得，有效的防止了TiO₂粒子的团聚，保证了催化剂的催化活性。

3、本发明的采用TiO₂/AC催化剂的空气电极的放电电流密度较传统使用MnO₂催化剂的空气电极的放电电流密度有较大的提高。

附图说明

图1为采用不同用量TiCl₄制备的TiO₂/AC催化剂的空气电极与采用MnO₂催化剂的空气电极的放电曲线对比图；

图2为TiO₂/AC催化剂的XRD图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。