[發明專利]一種被動式鉀空氣電池

有效

• 申請號: 201410358539.4
• 申請日: 2014-07-26
• 公開（公告）號: CN104201437A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 蔡克迪;邱平達;張巨文;劉凡;趙雪;楊蕊;王誠
• 申請（專利權）人: 渤海大學
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08;H01M4/02;H01M4/86;H01M4/90
• 代理公司: 錦州遼西專利事務所 21225
• 代理人: 李輝

技術領域

本發明屬于鉀空氣電池制備技術領域，具體涉及一種憎水泡沫負極與復合催化正極的被動式鉀空氣電池。

背景技術

鉀空氣電池以其高的理論比能量以及環境友好等特性成為目前備受關注的能量轉換體系。鉀空氣電池是一種用鉀金屬作負極，以氧氣作為正極反應物的電池。其工作原理是，放電過程：陽極的鉀釋放電子后成為鉀陽離子，鉀離子穿過電解質材料，在陰極與氧氣、以及從外電路流過來的電子結合生成氧化鉀或者過氧化鉀，并留在陰極。充電過程：通過導線供應電子，鉀離子穿過有機電解液到達負極表面，在負極表面發生反應生成金屬鉀，正極側反應生成氧氣，產生的電子供應給導線。

鉀空氣電池在工作過程中，負極鉀遇水或氧容易發生化學反應，造成負極腐蝕，最終導致放電終止。此外，由于放電產物過氧化鉀或氧化鉀均不溶解在電解液中，因此放電產物只能在有過氧負離子或氧負離子的空氣電極上沉積，在陽極過量的情況下，由于放電產物堵塞空氣電極孔道導致放電的終止，影響鉀空氣電池的比能量與循環性能。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種可避免負極腐蝕和放電產物堵塞空氣電極孔道，具有良好比能量與循環性能的被動式鉀空氣電池。

一種被動式鉀空氣電池，包括不銹鋼殼體和設置在不銹鋼殼體的頂部和底部的絕緣蓋板，在不銹鋼殼體內絕緣蓋板的中部依次設有鉀電池負極、第一隔膜、電解液、第二隔膜、鉀電池正極，所述鉀電池負極與靠近鉀電池負極的不銹鋼殼體之間留有氬氣腔室并在該側的不銹鋼殼體上設有氬氣閥門，所述鉀電池正極與靠近鉀電池正極的不銹鋼殼體之間留有空氣腔室并在該側的不銹鋼殼體上設有空氣閥門，其特殊之處在于：所述鉀電池負極為憎水泡沫鉀負極，所述鉀電池正極為復合催化正極；

所述的憎水泡沫鉀負極的制備步驟為：

（1）、將粒度為100nm～1μm的高純石墨分散在去離子水中，配制成石墨質量百分比含量為10%～20%膠體溶液導電膠；

（2）、將聚氨酯海綿與步驟（1）配制的導電膠在室溫下超聲波分散120?min～180?min，分散功率為600W～800W，所述聚氨酯與導電膠中高純石墨的質量比為8:1～10:1；然后放入真空干燥箱中，在50℃～70℃下烘干30?min后，放入馬弗爐中，在110℃～130℃下固化3?h～5?h，得到導電膠-聚氨酯海綿材料；

（3）將硫酸鉀、氯化鉀和硼酸溶于去離子水中配制成硫酸鉀濃度為100?g/L～300?g/L、氯化鉀濃度為10?g/L～50?g/L、硼酸濃度為20?g/L～30?g/L的電沉積槽液，調pH值至4.5～5.0；將導電膠-聚氨酯海綿材料放入裝有電沉積槽液的電沉積槽中進行電沉積，通200mA～2A電流，在50℃～70℃下進行恒電流電沉積30min～60min；

（4）將經電沉積的導電膠-聚氨酯海綿材料放入管式爐中，在50℃～55℃下氧化處理60?min～120?min，然后向管式爐中通入氫氣，在45℃～50℃氫氣氛圍下還原燒結30?min～60?min，得到泡沫鉀材料；

（5）將泡沫鉀材料在室溫下浸泡在質量分數為4?%～6?%的聚四氟乙烯乳液中30?min～60?min，然后在40℃～50℃下真空干燥3?h～5h，得到憎水泡沫鉀負極材料；

所述復合催化正極的具體制備步驟為：將二氧化錳、異丙醇和水混合，配制成二氧化錳漿料，所述二氧化錳與異丙醇的質量比為1:18～1:20、二氧化錳與水的質量比為1:9～1:10，通過噴涂的方式將二氧化錳漿料涂覆到金箔網上表面，在120℃～135℃下真空干燥60min～120min，與碳紙熱壓，制成二氧化錳與金復合多孔的復合催化正極材料；

所述電解液，溶質為雙三氟甲基磺酰亞胺鉀，溶劑為離子液體1-乙基-3-丁基咪唑六氟磷酸鹽，其中，溶質與溶劑的質量比為1:8～1:10。

所述金箔網的孔徑大小為80μm～100μm，相鄰孔之間的間距為80μm～100μm。

所述金箔網厚度為20μm～25μm。

所述二氧化錳漿料噴涂的厚度為50μm～60μm。

所述氬氣腔室內通過氬氣閥門充滿氬氣，?壓力為?0.05MPa～1MPa，所述空氣腔室內通過空氣閥門充滿空氣，壓力為?0.05?MPa～1MPa。

本發明的有益效果：