[发明专利]一种金属-空气电池的多孔碳空气电极及其制备方法

说明书

本发明涉及一种金属‑空气电池的多孔碳空气电极的制备方法，包括：1)取一定面积碳纤维布作为基底；2)将聚四氟乙烯与碳黑置于乙醇溶液中搅拌形成混合浆液，得到疏水涂层浆液；3)取聚偏氟乙烯粉末与碳黑进行搅拌形成混合浆液，得到亲水涂层浆液；4)将疏水涂层浆液均匀涂抹在碳纤维基底上；5)将亲水涂层浆液覆盖碳纤维基底上；6)将疏水涂层浆液覆盖至碳纤维基底上，并干燥一段时间；7)将经过步骤6制备得到碳纤维基底进行高温加热，制得空气电极。本发明解决了金属‑空气电池放电过程中正极多孔电极内氧气扩散速率与电化学反应场所无法平衡进而导致电池放电容量较低的问题。本发明还涉及一种金属‑空气电池的多孔碳空气电极。

技术领域

本发明涉及空气电池领域，尤其涉及一种金属-空气电池的多孔碳空气电极及其制备方法。

背景技术

当前以化石燃料为基础的能源利用系统面临日益严重的环境污染和资源枯竭问题，经济和社会发展对清洁能源和可再生能源需求日益迫切。储能技术对于可再生能源的利用十分重要。在现有电化学储能技术中，金属-空气电池因其具有较大的理论能量密度而备受关注。金属-空气电池是一种以活泼金属作为负极，以空气中的氧气作为正极活性物质，含有电解液的电化学储能装置，主要包括锂-空、锌-空、镁-空等类型。与目前应用较多的锂离子电池相比，金属-空气电池正极活性物质来源于空气，无需储存，大大降低了电池成本，同时提高了电池能量密度。因此，该类型电池在便携式电子产品、交通运输、电力系统等领域具有广阔应用前景。

尽管金属-空气电池具有较高的理论能量密度，但实际放电过程中，金属-空气电池仍面临放电容量较低的问题，影响了该电池的市场化应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种金属-空气电池的多孔碳空气电极及其制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种金属-空气电池的多孔碳空气电极的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、取一定面积碳纤维布作为基底；

步骤2、将聚四氟乙烯与碳黑置于乙醇溶液中搅拌形成混合浆液，得到疏水涂层浆液；

步骤3、取聚偏氟乙烯粉末与碳黑进行搅拌形成混合浆液，得到亲水涂层浆液；

步骤4、将步骤2制备得到的所述疏水涂层浆液均匀涂抹在碳纤维基底上，并干燥一段时间；

步骤5、将步骤3制备得到的所述亲水涂层浆液覆盖至经过步骤4制备得到的碳纤维基底上，并干燥一段时间；

步骤6、将步骤2制备得到的所述疏水涂层浆液覆盖至经过步骤5制备得到的碳纤维基底上，并干燥一段时间；

步骤7、将经过步骤6制备得到碳纤维基底进行高温加热，制得空气电极。

本发明的有益效果是：提出了一种金属-空气电池的多孔碳空气电极的制备方法，该空气电极从下至上共有四层结构，包括碳纤维基底、疏水涂层、亲水涂层、疏水涂层。其中疏水涂层用以提高氧气扩散速率，亲水涂层用以增大有效反应区域面积。通过在空气电极内部配置混合亲疏水特性，提高金属-空气电池放电容量，解决了金属-空气电池放电过程中正极多孔电极内氧气扩散速率与电化学反应场所无法平衡进而导致电池放电容量较低的问题。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

较佳的，以质量百分数计，所述疏水涂层浆液中的聚四氟乙烯所占聚四氟乙烯与碳黑总质量的百分比为5％～35％。

较佳的，所述步骤2中将盛有混合浆液的烧杯置于25℃水中进行超声波震荡，直至混合浆液呈均匀状。

较佳的，以质量百分数计，所述疏水涂层浆液中的聚四氟乙烯所占聚四氟乙烯与碳黑总质量的百分比为5％～35％。