[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

本公開涉及電池材料技術領域，具體提供一種超疏水金屬?空氣電池的空氣電極及制備方法與應用。其制備方法包括：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。解決現有技術中超疏水空氣電極超疏水性能較差的問題。

技術領域

本公開涉及電池材料技術領域，具體提供一種超疏水金屬-空氣電池的空氣電極及制備方法與應用。

背景技術

這里的陳述僅提供與本公開有關的背景信息，而不必然構成現有技術。

傳統空氣電極一般由催化層、集流層和防水透氣層三部分構成。催化層的主要成分是氧還原催化劑，如Pt/C類、尖晶石型氧化物、鈣鈦礦型氧化物、過渡金屬氧化物等。另外，該層還必須含有導電劑成分(如碳顆粒)和疏水劑成分(如PVDF或PTFE)。外界大氣中的氧氣通過防水透氣層進入空氣電極，在催化層中的疏水親水區域形成氣-液-固三相界面，發生氧還原反應，由集流層和催化層中的導電成分傳遞電子，氧還原反應在三相位點發生，產生電流。

近幾年，科研人員逐漸認識到，降低反應過電位，增大反應速率，優化成本，是提高空氣電極效率的必要途徑，優化電極結構是一個有效手段：提供大量氧還原反應(ORR)三相反應位點，為反應物和生成物提供通暢的擴散通道，來維持持續、快速的ORR反應。

超疏水超親氣空氣電極是近幾年提出的。擁有Wenzel-Cassie共存潤濕態的超疏水超親氣空氣電極將三相接觸面積最大化，并提供通暢的氧氣擴散通道，其高效的ORR催化效率已被證實。然而，發明人發現，現有技術中超疏水電極超疏水性能較差，無法達到超疏水性能要求，且現有技術中超疏水電池制備工藝繁瑣，不適合大規模生產。

發明內容

針對現有技術中超疏水空氣電極超疏水性能較差，超疏水電池制備工藝繁瑣，不適合大規模生產的問題。

本公開一個或一些實施方式中，提供一種超疏水金屬-空氣電池的空氣電極，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。

本公開一個或一些實施方式中，提供上述超疏水金屬-空氣電池的空氣電極的制備方法，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。

本公開一個或一些實施方式中，提供一種金屬-空氣電池，包括金屬電極、電解液以及上述金屬-空氣電池的超疏水空氣電極或上述超疏水金屬-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。

本公開一個或一些實施方式中，提供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。

本公開一個或一些實施方式中，提供上述超疏水金屬-空氣電池的空氣電極或上述超疏水金屬-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。

上述技術方案中的一個或一些技術方案具有如下優點或有益效果：