[發(fā)明專利]一種基于動態(tài)氣泡模板法的多孔鋅電極的制備方法及其應(yīng)用

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• 申請日: 2019-08-29
• 公開（公告）號: CN111129431A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓曉鵬;劉培遠(yuǎn);胡文彬;鄧意達(dá);鐘澄
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M4/1395;H01M4/04;H01M4/88;H01M4/90
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

本發(fā)明公開一種基于動態(tài)氣泡模板法的多孔鋅電極的制備方法及其應(yīng)用，以鋅源、氫源、溴化鈉作為溶質(zhì)，以去離子水為溶劑，以具有良導(dǎo)電性的基底為陰極，在室溫下，通過電解池體系，氫離子與金屬離子在陰極表面得電子發(fā)生還原反應(yīng)，而陽極則是氫氧根以及溴離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，鋅離子與氫離子發(fā)生競爭反應(yīng)，在鋅離子沉積的同時伴隨著氫氣泡的產(chǎn)生，在有氣泡的位置鋅離子無法與基底接觸，進而電沉積產(chǎn)生一種獨特的多孔電極。該多孔鋅電極因其多孔結(jié)構(gòu)而獲得大比表面積，具有高活性，且在一定參數(shù)下同時具有一定的耐腐蝕性能，表現(xiàn)出比商業(yè)鋅電極更高的比容量、更長的充放電壽命、在不同電流密度下更高的放電平臺及更小的過電位等諸多優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域及以多孔鋅為主體材料的相關(guān)領(lǐng)域，具體涉及一種基于動態(tài)氣泡模板法的的多孔鋅電極制備方法及應(yīng)用，該技術(shù)主要應(yīng)用于提高鋅基電池的充放電效率等多方面性能。

背景技術(shù)

鋅基二次電池包括鋅空氣電池、鋅離子電池、鎳鋅電池，其中尤以鋅空氣電池最具有前景。鋅空氣電池以金屬鋅基材料為負(fù)極，以氣體擴散電極(催化劑)為正極，以中性、堿性溶液為電解質(zhì)構(gòu)成傳統(tǒng)的水系鋅空氣電池，或與有極固態(tài)電解質(zhì)構(gòu)成固態(tài)鋅空氣電池。鋅空氣電池具有能量密度高(理論上高達(dá)1086Wh·kg^-1，鋰離子電池的五倍以上)，鋅在水溶液中穩(wěn)定性較好(相對于鋰電池而言充放電效率更高)，材料便宜(小于10$kW^-1h^-1，加工成本遠(yuǎn)低于鋰離子電池)，資源豐富，綠色環(huán)保等優(yōu)點。作為鋰離子電池最有利的競爭者，鋅空氣電池的目標(biāo)市場除可穿戴設(shè)備市場和無人機之外，包括通訊基站、電動自行車、低速電動汽車、電動汽車、儲能等，每個市場的容量都非常巨大。

縱觀鋅空氣電池的研究工作，主要集中在催化劑和電解質(zhì)方面，鋅陽極的研究相對較少，關(guān)于多孔鋅電極的制備、結(jié)構(gòu)及性能研究更是鮮有報導(dǎo)。當(dāng)前關(guān)于多孔鋅電極的制備，大多是粉體燒結(jié)或溶膠凝膠燒結(jié)而成，由燒結(jié)而成的多孔鋅均勻性不足，內(nèi)部容易發(fā)生塌陷而堵塞，降低傳質(zhì)效率，且燒結(jié)法制備的多孔鋅，其孔徑難以縮小到十微米以內(nèi)。因此，需要研究一種結(jié)構(gòu)均勻、比表面積更大、具有連通孔結(jié)構(gòu)的多孔鋅電極，使其具有更良好的傳質(zhì)和更多的活性位點，反應(yīng)效率得以提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于動態(tài)氣泡模板法的多孔鋅電極制備方法及應(yīng)用，該制備方案操作簡單，成本低廉，符合綠色化學(xué)的要求，可宏量制備。通過此方法制備的多孔鋅電極由枝晶組織構(gòu)成，具有獨特的三維蜂窩狀連通孔結(jié)構(gòu)，孔徑大小可控，處于微米等級，從幾百微米—幾微米。

本發(fā)明的技術(shù)目的通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)。

一種基于動態(tài)氣泡模板法的多孔鋅電極的制備方法，將導(dǎo)電基底、對電極和參比電極組成三電極體系并置于溶液中進行電沉積，沉積電壓為5—20v，沉積時間為0.5—10min，所述溶液由鋅源、氫源、溴化鈉及去離子水組成，鋅源為可溶性金屬鋅鹽，用量為0.1—10質(zhì)量份；氫源為可溶性銨鹽，用量為1—50質(zhì)量份；溴化鈉用量為10—100質(zhì)量份，去離子水用量為10—500質(zhì)量份。

而且，將導(dǎo)電基底材料預(yù)先進行表面潔凈化處理，如拋光、去油，并保存在惰性保護氣氛中，如氮氣、氦氣或者氬氣。

而且，對導(dǎo)電基底進行磨光，采用200-800#的砂紙進行完成，磨拋機轉(zhuǎn)速設(shè)置為200-600r/min。

而且，將制得的多孔鋅電極經(jīng)過去離子水清洗、酒精清洗后，真空干燥，并保存于真空中，清洗的過程需先浸泡于去離子水中2-5分鐘，再分別以去離子水沖洗3次，以酒精清洗2次。

而且，導(dǎo)電基底為銅箔，對電極為鉑片對電極，飽和甘汞電極為參比電極。

而且，沉積電壓為5—10v，沉積時間為2—6min。

而且，可溶性金屬鋅鹽為電沉積體系提供金屬鋅，如乙酸鋅、氯化鋅或者硫酸鋅。