[发明专利]一种廉价气体扩散电极及其制备方法和制备锌空气电池中的应用

说明书

本发明涉及一种廉价气体扩散电极及其制备方法和制备锌空气电池中的应用。该制备方法包括如下步骤：S1：将粘结剂乳液分散于无水乙醇中，加入碳材料，搅拌得到面团状混合物；S2：在不锈钢网的一侧轧制面团状混合物，干燥，得防水透气层；S3：将粘结剂溶解，加入催化剂，搅拌得分散液；S4：在不锈钢网的另一侧涂覆分散液，干燥，得催化层，即得到所述廉价气体扩散电极。该方法原材料易得、储量丰富，成本低廉，工艺简单易于规模化生产；制备得到的气体扩散电极使用寿命长，同时具备OER性能和催化剂的催化特性，由其组装的锌空气电池仍保持可充电性，极大地降低了催化剂的设计难度，降低了电池成本，在碱性金属空气电池中具有巨大的应用潜力。

技术领域

本发明属于新能源电池技术领域，具体涉及一种廉价气体扩散电极及其制备方法和制备锌空气电池中的应用。

背景技术

能源与环境是本世纪的最重要的两大议题，随着人类社会日益增长的能源需求和全世界范围内兴起的可持续发展观念，寻找一种高效、清洁的能源存储与转换装置吸引了越来越多人的注意。金属空气电池具有容量大、比能量高、工作电压平稳、使用安全、价格低廉、无环境污染等优点，是一种理想的能源转换储存装置，备受国内外学者和企业的关注。

气体扩散电极是一种广泛地应用在燃料电池和金属空气电池中的电极。该电极是由多层结构组成的薄片，具备防水和透气的功能，并且是催化剂参与电池电极反应的场所。电池工作时，电极上需同时存在固液气三相，以使催化剂表面存在一层薄而均匀的电解液液膜，同时电解液液膜的另一侧存在空气。由此可见，气体扩散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。

现今，气体扩散电极的发展主要集中在催化层材料的配比和制作方法以及生产工艺的开发和改进，而且气体扩散电极的制备工艺通常较繁杂，常牵涉到高温处理，不利于工业化生产。因此，开发一种廉价、长寿命、工艺简单且不需高温处理的气体扩散电极对金属空气电池的商业化生产具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中气体扩散电极制备工艺繁杂，需高温处理，不利于工业化生产的缺陷和不足，提供一种廉价气体扩散电极的制备方法。本发明利用粘结剂乳液在无水乙醇的作用下可破乳形成絮状物而具备粘性的特点，使得无需高温处理就可实现碳材料与不锈钢网的复合，同时保留了不锈钢网自身的OER性能和良好导电性的特点，不锈钢网和碳层在OER上发挥协同效应；该方法原材料易得、储量丰富，成本低廉，工艺简单易于规模化生产；制备得到的气体扩散电极使用寿命长，同时具备OER性能和催化剂的催化特性，由其组装的锌空气电池仍保持可充电性，极大地降低了催化剂的设计难度，降低了电池成本，在碱性金属空气电池中具有巨大的应用潜力。

本发明的另一目的在于提供一种廉价气体扩散电极。

本发明的另一目的在于提供上述廉价气体扩散电极在制备锌空气电池中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种廉价气体扩散电极的制备方法，包括如下步骤：

S1：将粘结剂乳液分散于无水乙醇中，加入碳材料，搅拌得到面团状混合物；

S2：在不锈钢网的一侧轧制面团状混合物，干燥，得防水透气层；

S3：将粘结剂溶解，加入催化剂，搅拌均匀得分散液；

S4：在不锈钢网的另一侧涂覆分散液，干燥，得催化层，即得到所述廉价气体扩散电极。

本发明的发明人研究发现不锈钢网本身具有OER性能，但常规制备工艺中将碳材料与不锈钢网进行复合时，一般会进行高温处理使得两者良好复合，但高温处理不止使得工艺步骤增多，增加了成本，不利于工业化生产；同时高温处理将使得不锈钢网和碳层之间丧失OER性能的协同效应。此时无疑增加了催化层中对催化剂性能的需求、成本及制作难度。