[发明专利]一种采用改性催化剂的空气电极结构及其制作方法

说明书

本发明公开了一种采用改性催化剂的空气电极结构及其制作方法，该空气电极用于设置在空气电池中作为正极，包括作为主体承载结构的板状的结构层和涂覆在结构层上催化层，所述催化层内包含有通过球磨活化处理的石墨；在结构层单侧还设有覆盖在催化层外表面的防水层。本发明通过使用改性后的石墨材料替代较为昂贵的贵金属催化材料，并通过改良制作工艺，从而相较于现有技术能够节省制造成本，同时能够使催化层较好的贴合在结构层上，长时间使用后任能够保持较好的固定状态，避免因为脱落失效导致电池效率下降。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种空气电池的电极结构和制作方法。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料；同时没有机械传动部件，故没有噪声污染，不排放出的有害气体。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。

空气电池是化学电池的一种，构造原理与干电池相似，但其利用燃料电池的原理，采用氧气作为氧化剂，所不同的只是它的氧化剂取自空气中的氧。例如以锌为阳极，以氢氧化钠为电解液，而阴极是多孔的活性炭，因此能吸附空气中的氧以代替一般干电池中的氧化剂(二氧化锰)。

而传统的空气电池采用能够导通气体的材料作为正极结构，该材料不仅能够导通外部氧气，还能够防止内部电解液漏出。

为了提供较好的导气效果，现有的空气电池通过改进电极结构，将其制作形成一种桶装的容器结构，并在外部设有栅栏式的外壳，并在其内部采用能够防水导气的材料层，从而实现大面积导气的效果。该空气电池包括集电层、催化层、防水层和防水膜四个部分。而催化层多采用金属铂、银等作为催化介质，或者采用金属氧化物作为催化介质，如MnO₂等。上述催化剂不仅成本较高，且制作方法较为复杂，且因为需要形成薄层结构，采用金属氧化物和贵金属单质容易脱落，故造成催化剂失效影响电池放电性能。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种采用特殊处理的石墨催化材料制作而成的空气电极及其制作方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种采用改性催化剂的空气电极结构，该空气电极用于设置在空气电池中作为正极，包括作为主体承载结构的板状的结构层和涂覆在结构层上催化层，所述催化层内包含有通过球磨活化处理的石墨；

在结构层单侧还设有覆盖在催化层外表面的防水层。

本发明是一种单层的板材电极结构，

进一步的，所述结构层为镀金属层的泡沫板结构。一般为泡沫镍材料，制造方式是用电沉积技术制备。所用基体材料为多孔的开孔泡沫塑料，采用化学镀镍、真空镀镍和浸导电胶(钯溶胶，亚微米级石墨乳等)三种方法均可制备导电层，经预镀镍便可在通用的硫酸盐镀镍电解液中电镀厚镍，后经灼烧、还原、退火工序便可得到性能优良的三维网状泡沫镍材料。海绵状多孔金属镍、铁、铜及其它们的复合层多孔体可用作过滤载体、化工催化剂载体、电磁屏蔽材料、贵金属置换回收等众多领域。

熔融碳酸盐燃料电池通常的工作温度为550-700℃之间，泡沫镍可以成为熔融碳酸盐燃料电池的电催化剂。泡沫镍可以用于质子交换膜产电池(PEMFC)的两极极板改性材料、固体氧化物燃料电池(SOFC)的电极中继馈线、电解中电极材料(如在水电解剂环境中)。加大表面积还可用于生成燃料电池用氢气和合成气。

一种空气电极的制作方法，用于制作上述的空气电极结构，具体步骤如下：

G1.准备好石墨原材料，并通过振动球磨机进行改性处理后得到振动石墨备用；