[發明專利]一種鋅電極、制備方法及應用

在審

• 申請號: 202110061970.2
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112886079A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 孫予罕;錢婧;王慧;曾高峰;范義秋;徐慶;楊陽;趙唱;劉一健
• 申請（專利權）人: 上海簇睿低碳能源技術有限公司;中國科學院上海高等研究院
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42;H01M4/02;H01M4/04;H01M12/08
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

本發明公開了一種鋅電極、制備方法及其在可充放電鋅空氣電池中的應用。所述鋅電極包括鋅片，所述鋅片上涂覆由涂層材料、粘結劑和分散劑制成的涂層，所述涂層材料為聚苯胺。制備方法為：將涂層材料與粘結劑加入研磨混合；將分散劑加入到混合料中，繼續研磨，得到聚苯胺漿液；將聚苯胺漿料用刮刀涂覆在鋅片上，然后真空干燥，冷卻后得到聚苯胺涂層修飾的鋅電極。本發明制備方法工藝簡單、成本低、可控性好，所獲得的聚苯胺涂層修飾的鋅片可有效提高鋅電極利用率和可逆性，降低鋅電極析氫反應速率，延長鋅電極的循環壽命，在電催化和二次鋅空氣電池相關領域具有很好的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種鋅電極的制備及應用，主要用于堿性條件下電催化的技術領域，具體用于鋅空氣電池技術領域，屬于能源材料的制備和應用技術領域。

背景技術

伴隨經濟快速發展，人們對各類電源的需求也在不斷增大。因此發展高比能并且清潔安全的儲能電池成為社會發展的重要需求。其中鋅空氣電池由于其綠色環保，不采用重金屬，電解液也是水相系，對環境基本無污染。此外鋅空氣電池還具有比能量高(理論能量密度高1350Wh·kg^-1)、安全性能好和電池結構簡單等優點。可充電鋅空氣電池作為一種低成本綠色可持續型能源受到廣泛關注。鋅空氣電池主要是由空氣正極、鋅負極以及電解液組成。空氣電極利用空氣中的氧作為正極反應活性物質，負極采用鋅作為活性物質。空氣電極中進行氧還原和析氧反應，氧在反應中不消耗，因此鋅空電池的容量主要取決于金屬鋅的用量。在可充放電鋅空電池中，由于電流分布不均和濃度差，充放電過程中鋅負極會發生溶解和沉淀。此外金屬鋅在堿性電解液中是熱力學不穩定，會發生析氫腐蝕。循環中鋅電極還會出現枝晶生長和電極鈍化等問題，造成鋅電極壽命降低和電池容量損失。

目前使用最廣泛的鋅電極是鋅箔和鋅膏，但是這種單一鋅物質難以阻止在長期充放電過程中產生的鋅鈍化、枝晶和鋅片形狀改變等問題。因此，亟需研發一種適用于可充電鋅空氣電池的鋅電極，保證電極使用壽命，降低二次鋅空氣電池的能量損耗，穩定循環效率，以滿足日益發展的可充放電鋅空氣電池的使用需求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：可充放電鋅空氣電池由于鋅電極自腐蝕、枝晶生長和鈍化等原因造成電極和電池循環壽命短的問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供了以下技術方案：

一種鋅電極，其特征在于，包括鋅片，所述鋅片上涂覆由涂層材料、粘結劑和分散劑制成的涂層，所述涂層材料為聚苯胺。

優選地，所述粘結劑為聚偏氟乙烯。

優選地，所述分散劑為N-甲基吡咯烷酮。

優選地，所述涂層材料與粘結劑的質量比為(0.5-3)：1。

優選地，所述涂層材料、粘結劑為粉體，兩者的質量與分散劑的比例為5-50g/L。

本發明還提供了上述鋅電極制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)：將涂層材料與粘結劑加入研磨混合；

步驟2)：將分散劑加入到步驟1)得到的混合料中，繼續研磨，得到聚苯胺漿液；

步驟3)：將步驟2)得到的聚苯胺漿料用刮刀涂覆在鋅片上，然后真空干燥，冷卻后得到聚苯胺涂層修飾的鋅電極。

優選地，所述步驟3)中的鋅片涂覆前先用砂紙打磨，然后用乙醇超聲清洗，再室溫干燥。

優選地，所述步驟3)中真空干燥的溫度為50-120℃，時間為5-12h。

本發明還提供了上述鋅電極在可充放電鋅空氣電池中的應用。