[发明专利]一种梯度亲疏水/气空气电极的结构及其制备方法

说明书

一种梯度亲疏水/气空气电极的结构及其制备方法，属于电极制造技术和化学储能技术领域。该空气电极采用梯度亲疏水/气电极结构，其电极结构由电解液一侧到空气一侧依次包括氧析出催化层、亲水疏气层、第一亲气疏水层、具有良好导电性的多孔结构集流体、氧还原催化层、第二亲气疏水层。该空气电极降低了电池充电过程中的极化反应作用，减少了因氧析出反应产生氧气导致的气泡堆积，克服了电池充电过程中因电压过高导致的空气电极结构损坏，提升了电池寿命以及能量效率。具有安全性强，稳定性好，能量效率高等优点。

技术领域

本发明属于电极制造技术和化学储能技术领域，特别涉及金属空气电池相关技术。

背景技术

当今社会各种新能源的使用越来越广泛，但是新能源发电存在着发电不稳定的缺陷，风能、太阳能发电的弃风、弃光率都很高，为了能够尽可能的节约能源并稳定的向用户供电，就需要使用大型储能技术来解决这一问题。

在各种大型储能技术中，相比于其他储能技术，金属空气电池具有成本低廉、安全性强、使用范围广等优势，具有非常好的应用前景。但是金属空气电池正极在充电过程中容易因为气泡堆积以及电极极化反应等因素造成充电电压过高，从而导致电极的损坏，影响电池寿命及能量效率。

发明内容

发明的目的在于提供一种用于金属空气电池的梯度亲疏水/气空气电极的结构及其制造方法，该空气电极采用梯度亲疏水/气电极结构，降低了电池充电过程中的极化反应作用，减少了因氧析出反应产生氧气导致的气泡堆积，克服了电池充电过程中因电压过高导致的空气电极结构损坏，降低了电池的充电电压，提升了电池寿命及能量效率。具有安全性强，稳定性好，能量效率高等优点。

一种用于金属空气电池的梯度亲疏水/气空气电极结构，该电极结构从电解液一侧到空气一侧依次为氧析出催化层、亲水疏气层、第一亲气疏水层、集流体层、氧还原催化层、第二亲气疏水层。

氧析出催化层和氧还原催化层由对应的商用氧析出催化剂或氧还原催化剂、导电剂、粘结剂组成。

进一步的，上述催化层中导电剂与催化剂质量比为1-5:3，优选为2：3；催化剂导电剂总质量与粘结剂质量比为1-15:1，优选为9：1。

氧析出催化剂为商用贵金属催化剂、非贵金属催化剂中的一种或两种。氧析出催化剂层对应为0.05-0.5mg/cm²，优选为0.2-0.4mg/cm²；氧还原催化剂为贵金属催化剂和非贵金属催化剂中的一种，氧还原催化剂层对应为0.1-0.5mg/cm²，优选为0.2-0.4mg/cm²。氧还原催化剂与氧析出催化剂负载量之比优选为1:1-1:5，优选为1:1。

亲水疏气层由导电剂以及超亲水粘结剂组成；亲水疏气层导电剂为碳黑、碳纤维、石墨烯中的一种或两种以上，优选为碳黑；超亲水粘结剂为PVA、PVP、PVDF中的一种或一种以上，优选为PVA。导电剂以及超亲水粘结剂的质量比为优选4：1。

第一、第二亲气疏水层由导电剂及高分子疏水材料组成，导电剂及高分子疏水材料的质量比优选为1：1。进一步的，亲气疏水层导电剂为碳黑、石墨、石墨烯、CNT中的一种或几种，优选为碳黑；粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯中的一种或两种，优选为聚四氟乙烯。其第一亲气疏水层与第二亲气疏水层负载量之比即质量比为1:1-1:2，优选为7:8，优选第一亲气疏水层与第二亲气疏水层的组成相同。

进一步的，亲水疏气层与第一亲气疏水层负载量比即质量比为1:1-1:10，优选为1:7。

梯度亲疏水/气空气电极的集流体材料为泡沫镍、不锈钢网、碳纸、碳布中的一种，优选为碳纸，其厚度为0.1-0.4mm，优选为0.29mm。

本发明中的梯度亲疏水/气空气电极制备方法包括了以下步骤：

(1)氧还原催化层的制备