[发明专利]一种空气电极及其催化浆料制备方法

说明书

公开了一种空气电极，其在保证气体扩散电极性能良好的前提下，大幅降低了生产成本，将进一步推进金属空气电池在民用领域的发展。其包括：催化层、集流导电层、防水透气层，催化层由载体和催化剂构成，载体为活性炭、乙炔黑、VULCAN‑XC72或VULCAN‑XC72R，催化剂为电解二氧化锰MnO₂；集流导电层为不锈钢编织网；防水透气层为PP纺粘无纺布和PE高分子透气膜复合而成。还公开这种空气电极的催化浆料制备方法。

技术领域

本发明涉及新能源电池的技术领域，尤其涉及一种空气电极，以及制备这种空气电极的催化浆料的方法。

背景技术

金属空气电池是以空气中的氧为正极活性物质，以金属为负极活性物质，以导电溶液为电解液，在催化剂的催化作用下发生化学反应而产生电能的一种化学电源。

金属空气电池具有很多独特的优势，其燃料为金属材料，如铝、镁、锌，以及锂、钠等金属；因为燃料铝、镁、锌储量很丰富，金属空气电池资源可足量供应。正极活性物质是空气中的氧气，电池本身不用携带，电池所携带的能量大小由负极金属的量决定，使得该种电池的实际比能量能够达到350Wh/kg以上(目前锂离子电池为100Wh/kg)，有极大的性能优势。反应后的产物，可以利用风能、太阳能、水能等清洁能源或者电能富裕地区的电能重新电解氧化铝(或氢氧化镁)变为金属，然后再次安装到金属空气电池放电，驱动电动车。这样就可以实现集中大规模的生产，可以减少污染，减少排放，并且可以实现集中供电，分散使用，将成本较低的电能转移到电能成本高的地方使用，将电能从能源易于获得的地方转移到能源难以获得的地方使用。可以真正实现无污染零排放的全新汽车生活。过程中实现了无污染，零排放的绿色能源循环利用，金属空气电池在世界范围内日益引起重视。

金属空气电池具有容量大、比能量高、使用安全以及无环境污染等优点，一直有广阔的应用前景。气体扩散电极(即空气电极)不仅是金属空气电池的主要组成部分，更是制约其性能的关键因素。电极的活性直接决定了电池的放电电位和输出功率，因此制作出高活性的气体扩散电极是保障金属空气电池性能的关键步骤。然而，高性能的气体扩散电极的制作往往需要高昂的成本，因此制约了金属空气电池在民生领域的应用，例如应急照明、便携式备用电源和野外监测。现有气体扩散电极的发展主要集中在高性能、长寿命、放电性能稳定以及高放电电压和输出功率。这类气体扩散电极的制作往往需要使用昂贵的原材料作为基础，例如铂、银、镍、BP2000炭黑、聚四氟乙烯疏水透气膜等。这些原材料的使用对气体扩散电极的性能和寿命有着显著的效果，然而这也使得气体扩散电极的制作成本水涨船高。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种空气电极，其在保证气体扩散电极性能良好的前提下，大幅降低了生产成本，将进一步推进金属空气电池在民用领域的发展。

本发明的技术方案是：这种空气电极，其包括：催化层、集流导电层、防水透气层，

催化层由载体和催化剂构成，载体为活性炭、乙炔黑、VULCAN-XC72或VULCAN-XC72R(这两种均是导电碳黑的型号，是美国卡博特公司制造的)，催化剂为电解二氧化锰MnO₂；

集流导电层为不锈钢编织网；

防水透气层为PP纺粘无纺布和PE高分子透气膜复合而成。

由于采用PP纺粘无纺布和PE高分子透气膜复合而成作为催化剂的支撑，工业化制备的二氧化锰作为催化剂，活性炭、乙炔黑、VULCAN-XC72或VULCAN-XC72R作为载体，不锈钢编织网作为集流导电层，所以在保证气体扩散电极性能良好的前提下，大幅降低了生产成本，将进一步推进金属空气电池在民用领域的发展。

还提供了一种空气电极的催化浆料制备方法，该方法包括以下步骤：