[發明專利]一種用于金屬空氣電池的新型空氣電極

無效

• 申請號: 201310066291.X
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN103151532A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 銀鳳翔;李國儒;陳標華
• 申請（專利權）人: 北京化工大學常州先進材料研究院
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/90
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及空氣電極，特別涉及用于金屬空氣電池的空氣電極。?

背景技術

近年來，隨著經濟的不斷發展，必然引起石油資源的枯竭，全球變暖和環境污染的加劇。新能源，環境技術及節能減排技術的綜合高效開發和利用己成為十分必要的課題，研究與開發高能量密度的電源體系和材料勢在必行，研發容量更高的、環保友好的、可持續的新一代電池體系成為世界各國的科學家的共同追求。?

金屬空氣電池，如鋰空氣電池、鋅空氣電池，由于具有很高的比能量，而且安全、無污染的，近年來，引起越來越多研究者的關注。由于金屬空氣電池存在充放電過電壓，使得電池在充放電過程存在很大的能量損失，大大降低了電池可充電性，從而降低了電池的充放電循環效率和循環性能。因此如何加快空氣電極充放電過程的氧氣還原反應，提高充放電循環效率和循環性能成為研究的關鍵。目前多采用二氧化錳等作為空氣電極的催化劑，但其電流密度較低，為了提高其電流密度，有從改進工藝或制備方法上著手，如使用溶膠凝肢制備二氧化錳催化劑，這種方法稍微提高了二氧化錳的催化性能，但其工藝制備方法復雜，制備成本較高；另一種方法是在二氧化錳中添加輔助物質，如Co、Li或稀土元素，其電流密度較傳統的用二氧化錳作為催化劑的空氣電極的電流密度略有提升，但仍然偏低，且催化劑價格較貴，使電池成本較高。因此，需要研發新型高效的空氣電極，以提高金屬空氣電池的性能。?

發明內容

本發明的目的就是為了克服現有的使用貴金屬催化劑和使用以二氧化錳主要催化劑的金屬空氣電池的空氣電極電流密度偏低、價格較高、生產成本低等缺陷而提供一種空氣電極，該空氣電極使用的催化劑制備簡單、價格較低且使用該催化劑使得空氣電極的電流密度得到較好的提高。?

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：?

一種用于金屬空氣電池的新型空氣電極，由催化層、擴散層與電流收集層壓制成型，催化層中的催化劑為TiO₂/石墨烯催化劑。?

所述TiO₂/石墨烯催化劑由以下方法制得：用體積濃度為10%的稀硝酸處理石墨烯，過濾，蒸餾水多次洗滌，烘干，研磨，過目，與質量比為石墨烯1～10倍的TiCl₄溶液在0℃～10℃進行水解反應，反應產物在300℃～900℃下煅燒，冷卻至室溫后研磨得TiO₂/石墨烯催化劑。?

所述催化層包括重量百分比為5～50%的催化劑，30～80%的碳材料，0～10%的聚乙二醇，5～10%的無水乙醇以及5～25%的聚四氟乙烯；所述擴散層包括重量百分比為20～60%的碳材料，5～30%的造孔劑，5～10%的無水乙醇以及10～60%的聚四氟乙烯。?

所述碳材料為重量比為5：l的活性炭和乙炔黑。?

所述造孔劑為聚乙二醇。?

所述催化層、擴散層與電流收集層在15～35Mpa下壓制成型。?

所述電流收集層為導電銅網。?

所述石墨烯的制備：在0℃冰浴下，按每0.015～0.12g石墨粉分散到20～25ml濃硫酸中，攪拌下加入KMnO₄，所加KMnO₄的質量是石墨粉的3～4倍，攪拌30-60分鐘，溫度上升到30～35℃左右，加入46ml去離子水，攪拌20～30分鐘，加入10ml質量濃度30%的H₂O₂，攪拌5～10分鐘，經過離心分離，用質?量濃度5%HCl溶液、去離子水和丙酮反復洗滌后得到氧化石墨烯。?

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：?

l、本發明的TiO₂/石墨烯催化劑是由廉價的TiCl₄一步水蒸氣水解反應制備而得的粉狀催化劑，與一般的制備納米TiO₂方法不同的是TiCl₄被石墨烯均勻吸附水解的同時實現了TiO₂的均勻負載分布，免去了傳統的先制備TiO₂溶膠或納米顆粒后再負載的繁瑣過程。實現了催化劑制備的操作簡單和電極生產成本的降低。?

2、本發明的TiO₂/石墨烯催化劑在300℃～900℃下煅燒而得，有效的防止了TiO₂粒子的團聚，保證了催化劑的催化活性。?