[发明专利]金属燃料电池用空气电极及其制备方法

说明书

本发明公开了金属燃料电池用空气电极及其制备方法，其中，金属燃料电池用空气电极包括：导电集流体、微孔陶瓷层、防水层和催化层，所述微孔陶瓷层形成在所述导电集流体的一侧表面上；所述防水层形成在所述微孔陶瓷层的表面上；所述催化层形成在所述导电集流体另一侧表面上。本发明提出的金属燃料电池用空气电极不仅具有优异的机械强度、较好的透气性、防水性和良好的导电性，还具有较高的催化活性和气体选择性，且在使用过程中、微孔陶瓷层、防水层和催化层不易脱落，具有较高的放电电压以及较长的使用寿命。

技术领域

本发明属于金属燃料电池领域，具体而言，涉及金属燃料电池用空气电极及其制备方法。

背景技术

目前，金属燃料电池空气电极的制备工艺，采用将疏水碳材料乙炔黑或催化剂材料与PTFE乳液按一定比例混合单独辊压到一定厚度的防水层或催化层，然后将压制好的膜层与导电集流体压合成空气电极，其防水层、催化剂制备及催化层的压制工艺繁琐、产量低、需耗大量人力物力资源，且制备出的空气电极一致性较差。导致空气电极在使用过程中已出现碳脱落、催化剂脱落及电解液碳化现象，从而大大缩短空气电极的使用寿命。因此，金属燃料电池空气电极有待进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出金属燃料电池用空气电极及其制备方法。本发明提出的金属燃料电池用空气电极不仅具有优异的机械强度、较好的透气性、防水性和良好的导电性，还具有较高的催化活性和气体选择性，且在使用过程中、微孔陶瓷层、防水层和催化层不易脱落，具有较高的放电电压以及较长的使用寿命。

根据本发明的第一个方面，本发明提出了一种金属燃料电池用空气电极，包括：

导电集流体；

微孔陶瓷层，所述微孔陶瓷层形成在所述导电集流体的一侧表面上；

防水层，所述防水层形成在所述微孔陶瓷层的表面上；

催化层，所述催化层形成在所述导电集流体另一侧表面上。

本发明上述实施例的金属燃料电池用空气电极不仅具有优异的机械强度、较好的透气性、防水性以及良好的导电性，还具有较高的催化活性和气体选择性，且在使用过程中微孔陶瓷层、防水层和催化层不易脱落，具有较高的放电电压以及较长的使用寿命。

另外，根据本发明上述实施例的金属燃料电池用空气电极还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述导电集流体由选自铜、铜镀镍、镍、不锈钢镀镍和镍合金中至少一种形成的金属网。由此，可以进一步提高金属燃料电池用空气电极的导电性和耐蚀性。

在本发明的一些实施例中，所述金属网为斜拉网、编制网或冲孔网。由此，可以进一步提高金属燃料电池用空气电极的机械强度。

在本发明的一些实施例中，所述催化层由负载催化剂的微孔陶瓷形成，所述催化剂为选自锰钴、锂锰钴、锰氧化物、银基催化剂和钙钛矿型催化剂中的至少一种。不仅可以进一步提高催化层的比表面积、催化活性和催化选择性，还能显著提高金属燃料电池用空气电极的机械强度、透气性和导电性。

在本发明的一些实施例中，所述微孔陶瓷层和所述催化层中包含的微孔陶瓷分别独立地为选自Al₂O₃、ZnO、ZrO、SiO₂、CaO、MgO、TiO₂和SiC中至少两种的高温焙烧产物。由此，可以进一步提高金属燃料电池用空气电极的机械强度和透气性，并使催化层具有更大的比表面积。

根据本发明的第二个方面，本发明提出了一种制备上述金属燃料电池用空气电极的方法，包括：

(1)对导电集流体进行预处理；