[發明專利]一種鎂鋁合金空氣電池及其催化層的制備方法

有效

• 申請號: 201410017216.9
• 申請日: 2014-01-15
• 公開（公告）號: CN103700868A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 涂國營;張守祥;文一波;丁文玉;吳傳勇;商士波;劉鵬
• 申請（專利權）人: 湖南桑頓新能源有限公司
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M12/06;H01M6/32
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所 43108
• 代理人: 宋向紅

技術領域

本發明涉及一種金屬空氣電池，尤其涉及一種鎂鋁合金空氣電池，以及這種鎂鋁合金空氣電池催化層的制備方法。

背景技術

從元素周期表看，鋰與鎂成對角線關系，鋰與鎂之間的性質很相似，鋰電池之所可以做成能量密度最高的電池是由于兩個原因，一是所有金屬中鋰的電勢是最負的；二是鋰的單位質量可釋放的電荷最大。但有一點限制了鋰的發展，因為鋰在上地殼中的豐度僅為20ppm，價格昂貴，而鎂在上地殼中的豐度為1.32%，約是鋰含量的660倍，可以說是用之不竭，而且價格低廉。另外鎂的標準電極電勢也很高，達到2.36V，而鎂的單位質量可釋放的電荷量在所有金屬元素中排第二（除鈹外，鈹的化合物一般為有毒物質，不常用），理論容量達2203.2mAh/g，所以鎂電池是一種很有發展前景的電池，目前鎂電池已逐步受到重視，但鎂鋁合金空氣電池研究依然不多。

鎂的化學性質很活潑，很容易受到腐蝕，而金屬鋁的活潑性稍差，因此本發明中將采用鎂鋁合金作為陽極，也可以通過摻雜加入鋅錳等其它活性更差的金屬，以降低鎂的活性，減小在空氣和溶液中的腐蝕速度。

作為催化劑，雖然鉑的催化性能非常好（如常用的Pt/C電極），但價格很昂貴，正如專利CN101567477A所述：尋找廉價、高效的氧化還原催化劑和研究新型結構的陰極制備技術是當前研究的熱點。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種鎂鋁合金空氣電池及其催化層的制備方法。

本發明解決上述技術問題的技術方案為：一種鎂鋁合金空氣電池催化層的制備方法，包括如下步驟：

（1）將表面活性劑、穩定劑和粘接劑按一定的濃度分別配制成溶液；

（2）將金屬鹽與螯合劑或絡合劑一起配制成混合溶液，若溶液呈明顯的酸性或堿性時，可加入適量的弱堿或弱酸，將pH值調節至接近中性；

（3）將步驟（1）配制的粘接劑溶液稀釋，并加入步驟（1）配制的表面活性劑溶液和穩定劑溶液以及步驟（2）配制的金屬鹽與螯合劑或絡合劑的混合溶液，并攪拌均勻；

（4）向步驟（3）的混合液中加入碳材和催化劑，攪拌均勻后加入步驟（1）配制的粘接劑，再攪拌均勻成糊狀；

（5）將步驟（4）糊狀物涂覆在無紡布上，在一定溫度下烘干即得到催化層。

上述的鎂鋁合金空氣電池催化層的制備方法，所述金屬鹽中所含金屬元素的單質的電勢低于鎂金屬，優選具有這種性質的金屬鹽：具有吸潮的性質，但吸潮性不能太強，以免在最后烘干的極片中吸潮而導致自然放電，更優選為NaCl或Na₂SO₄，所述金屬鹽的質量為最終干燥所得催化層質量的0.1%-4%。

上述的鎂鋁合金空氣電池催化層的制備方法，所述催化劑為鉑、鉑合金、銀、二氧化錳或金屬有機螯合物，所述催化劑的質量為最終干燥所得催化層質量的40%-90%。

上述的鎂鋁合金空氣電池催化層的制備方法，所述碳材為石墨、活性碳、導電碳或碳纖維，所述碳材的質量為最終干燥所得催化層質量的5%-40%。

上述的鎂鋁合金空氣電池催化層的制備方法，所述表面活性劑為二十烷基苯磺酸鈉、硬脂酸、脂肪醇聚氧乙烯醚或吐溫，所述表面活性劑的質量為最終干燥所得催化層質量的0.1%-4%。

上述的鎂鋁合金空氣電池催化層的制備方法，所述穩定劑為羧甲基纖維素鈉或黃原膠，所述穩定劑的質量為最終干燥所得催化層質量的0.1%-6%。

上述的鎂鋁合金空氣電池催化層的制備方法，所述粘接劑為丁苯橡膠、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚丙烯酸，所述粘接劑的質量為最終干燥所得催化層質量的0.1%-6%。

上述的鎂鋁合金空氣電池催化層的制備方法，所述螯合劑或絡合劑為乙二胺四乙酸、檸檬鹽或多聚磷酸鹽，它們能與鎂鋁形成螯合物或絡合物，并能溶解于水中：可與用來調節pH的物質形成共軛酸堿對，從而在水中形成緩沖溶液，使鎂鋁合金空氣電池在使用過程中不會呈過分酸性而導致自腐蝕嚴重，也不會過分堿性而導致反應遲緩，這樣都會縮短繼航時間，所述螯合劑或絡合劑的質量為最終干燥所得催化層質量的1%-10%。

一種鎂鋁合金空氣電池，包括上述的催化層、鎂合金、吸水層和集流層；所述鎂合金、吸水層、催化層和集流層依次疊加即構成一個鎂鋁合金空氣電池單元，多個單元串聯或并聯即構成鎂鋁合金空氣電池組，所述集流層為銅或銀。

本發明的有益效果在于：

（1）本發明的鎂鋁合金空氣電池催化層透氣性好，催化劑表面吸水性強，催化效果好，使之可長時間持續放電；