[發明專利]一種超疏水金屬-空氣電池的空氣電極及制備方法與應用

有效

• 申請號: 202011638222.8
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112736255B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 趙國辰;唐守秋;周吉學;劉會坤;修大鵬;李航;劉運騰;王西濤;王瑨;宋曉村;王美芳
• 申請（專利權）人: 山東省科學院新材料研究所
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M4/90;H01M12/06
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

1.一種超疏水金屬-空氣電池的空氣電極，其特征在于，所述空氣電極以不銹鋼網作為基體，外表面包覆一層鎳與過渡金屬氧化物顆粒組成的復合涂層。

2.如權利要求1所述的超疏水金屬-空氣電池的空氣電極，其特征在于，所述過渡金屬氧化物為氧化錳、氧化鈦、氧化鈷中的一種或幾種組成的混合物；

或，所述不銹鋼網的目數為400-600目；

或，所述復合涂層表面具有微米-納米多尺度的粗糙結構，粗糙度介于2-5μm；

或，所述復合涂層表面的潤濕狀態屬于Wenzel-Cassie中間超潤濕態，與8微升電解液滴的靜態接觸角為140-160度，且存在大量氣-液-固三相接觸反應位點和氧氣擴散通道。

3.權利要求1或2所述的超疏水金屬-空氣電池的空氣電極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

配制復合鍍電鍍液：首先將鎳鹽、酸性溶液加入超純水中，混合溶解至溶液呈綠色，使用pH調節劑調節溶液pH，分別稱取一定量的表面活性劑、過渡金屬氧化物納米顆粒，在強攪拌下依次加入混合溶液，攪拌并超聲分散均勻；

電極前處理：取不銹鋼網，依次浸除油、除銹；取純鎳片，機械打磨，清洗，活化；

復合鍍：以不銹鋼網為陰極，鎳片為陽極，在磁力攪拌下進行復合鍍，保持電鍍液一段時間；

后處理：電鍍完成后，沖洗電極，使用低表面能物質進行表面修飾，然后在真空干燥箱中干燥，既得。

4.如權利要求3所述的超疏水金屬-空氣電池的空氣電極的制備方法，其特征在于，在配制復合鍍電鍍液中，所述鎳鹽為硫酸鎳、氯化鎳中的一種或幾種；

或，所述酸性溶液為硼酸，鹽酸，硫酸中的一種或幾種；

或，混合溶解過程為磁力攪拌混合，攪拌溫度為30-50℃，優選為40℃；

或，pH調節劑包括酸堿調節劑，其中，酸性調節劑有鹽酸、硫酸，堿性調節劑有氫氧化鈉、氫氧化鉀，

或，調節pH為4-5；

或，所述表面活性劑與過渡金屬氧化物納米顆粒的濃度為0.05-0.2：5-20。

或，所述表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨。

5.如權利要求3所述的超疏水金屬-空氣電池的空氣電極的制備方法，其特征在于，在電極前處理中，所述除油、除銹過程包括如下步驟：取不銹鋼網，依次浸入至丙酮、氫氧化鈉溶液、鹽酸溶液中進行除油、除銹；

或，所述機械打磨包括如下步驟：取純鎳片，使用砂紙，從高到低，由120#依次機械打磨至1200#，

優選的，所述砂紙為SiC砂紙，

或，所述清洗過程使用去離子水或蒸餾水清洗，優選為去離子水；

或，所述活化過程使用酸活化，優選為鹽酸，進一步優選為1mol/L的鹽酸。

6.如權利要求3所述的超疏水金屬-空氣電池的空氣電極的制備方法，其特征在于，

在復合鍍中，保持電鍍液溫度為30-50℃；

或，復合鍍過程中使用電源為直流電源，優選的，電流密度為4-8A/dm²，優選的，電鍍時間為20-30分鐘；

或，磁力攪拌轉速為500-800rpm，優選為600rpm。

7.如權利要求3所述的超疏水金屬-空氣電池的空氣電極的制備方法，其特征在于，

在后處理中，沖洗電極過稱包括：依次用去離子水、丙酮沖洗電極，

或，低表面能物質為長鏈有機酸，包括月桂酸、肉豆蔻酸、軟脂酸、硬脂酸中的一種或幾種；

或，表面修飾過程為：浸沒于長鏈有機酸-丙酮溶液中0.5-2小時，優選為1小時；

或，真空干燥過稱為20-40分鐘，優選為30分鐘。

8.一種金屬-空氣電池，其特征在于，包括金屬電極、電解液以及權利要求1或2所述的金屬-空氣電池的超疏水空氣電極或權利要求3-7任一項所述的超疏水金屬-空氣電池的空氣電極的制備方法制得的金屬-空氣電池的空氣電極。

9.不銹鋼網表面有鎳與過渡金屬氧化物顆粒組成的復合涂層形成的復合物在疏水方面的應用。

10.權利要求1或2所述的超疏水金屬-空氣電池的空氣電極或權利要求3-7任一項所述的超疏水金屬-空氣電池的空氣電極的制備方法制得的金屬-空氣電池的空氣電極在自清潔中的應用。