[发明专利]一种电镀液、三维多孔结构锌薄膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，尤其涉及一种电镀液、三维多孔结构锌薄膜材料及其制备方法。

背景技术

金属多孔材料是 80 年代后期国际上迅速发展起来的一种具有优异的物理特性和良好的机械性能的新型工程材料和功能材料。它具备多种优异物理性能，如比重小、刚度大、比表面大、减震性能好、消声效果好、电磁屏蔽性能高等，使其在一些高技术领域获得了广泛应用。对于通孔金属材料，还具有导热率高、气体渗透率高、换热散热能力高等优点。可作为某些场合的结构材料，是一种性能优异的多用工程材料。

金属多孔材料在许多场合可作为功能材料材料。比如，在碱性锌电池和锌空气电池中，锌是阳极材料，锌的结构及性能是影响电池性能的核心部件。电极材料的有效表面积的控制在电池设计中极为重要。通常比表面积越大，电池的功率越高。多孔材料相比块状材料，具有更高的比表面积，因此能获得更佳的电池性能。而且多孔材料与粉末材料相比，多孔材料是相互连接互通的，因此有非常好的导电性。而粉末材料会因为电解液在颗粒以颗粒之间渗透，导致金属颗粒间的接触受阻，因此有相对较高的电阻。电池的电阻越高，则内耗越大，同时功率特性也越差。锌空气电池不适用铅、汞等有毒重金属元素，用锌空气电池取代上述有毒物的电池，对保护人类赖以生存的自然环境，也是一种贡献。目前锌空气电池作为新型能源储存设备受到越来越广泛的关注。因此，发展多孔金属锌以及制备多孔金属锌的方法对提高电池材料的性能有重要的意义，显示出广阔的应用前景。同时用多孔锌作为超级电容的集流体，具有导电性好，安全无毒，价格低廉等优势，也显示出潜在的应用前景。

金属多孔材料的制造方法很多。包括气体吹入法、固体发泡剂法和金属/气体共晶定向凝固法等，各有优缺点。气体吹入法可以制备大块体的多孔材料，不能制备薄膜材料，而且孔径的大小以及均匀度较难控制；固体发泡剂存在同样的问题。气体吹入法可以制备大块的多孔材料，但很难制备薄膜结构三维多孔材料，固体发泡剂法存在同样的缺点。熔模铸造和又称失蜡铸造，包括压蜡、修蜡、组树、沾浆、熔蜡、浇铸金属液及后处理等工序。失蜡铸造是用蜡制作所要铸成零件的蜡模，然后蜡模上涂以泥浆，这就是泥模。泥模晾干后，在焙烧成陶模。一经焙烧，蜡模全部熔化流失，只剩下陶模。一般制泥模时就留下了浇注口，再从浇注口灌入金属熔液，冷却后，所需的零件就制成了。熔模铸造法和渗流铸造法可以制备规则孔径材料，但难以制备精细三维多孔材料。金属/气体共晶定向凝固法利用共晶反应中氢气气泡上浮可通孔多孔材料，但其孔径尺寸、孔的分布不可控，且仅能用于制造纯Cu、Mg等为数不多的金属通孔多孔材料，该方法同样不能有效制备三维多孔薄膜材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种更高比表面积的三维多孔结构锌薄膜材料。

为实现上述目的， 本发明提供一种用于制备三维多孔结构锌薄膜材料的电镀液，其特征在于,所述电解液由钌离子源、电解质和锌离子源组成；所述电解液中钌离子浓度为0.01mg-2mg/L。

进一步,所述电解液中锌离子浓度为60-100 g/L。

进一步,所述电解质为氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钾或硫酸中的一种或一种以上。

进一步,，所述电解质浓度为50-120 g/L。

进一步,所述钌离子源选用三氯化钌；

任选的，锌离子源选自硫酸锌、氯化锌中的一种或一种以上。

另一方面，本发明提供一种制备三维多孔结构锌薄膜材料的方法，其特征在于,将用于沉积锌的阴极插入所述的电镀液中，与同样插入电镀液的阳极相对，并且在阴极和阳极之间施加足以在阴极上沉积锌层的电流密度，进行电镀，即得到三维多孔结构锌薄膜材料。

进一步,所述阴极为钛板、钛合金板或铝板。

进一步,所述的阳极为金属氧化物涂层钛阳极，铅阳极，铅合金阳极或金属铂电极。

任选的,所述电流密度为300～600A/m²。

本发明还保护所述制备三维多孔结构锌薄膜材料的方法制备得到的三维多孔结构锌薄膜材料。

另一方面，本发明还保护所述三维多孔结构锌薄膜材料作为电极材料用于碱性锌电池和锌空气电池中的用途。

本发明三维多孔结构锌薄膜材料的孔由大孔和小孔组成，大孔有利于电解液的流通，小孔有利于提高比表面积，有利于电解液的扩散，因此相比传统的孔径较为均匀的多孔材料，具有结构上的明显优势。