專利名稱：一種熱合工藝方法制作的鋅－空氣金屬燃料電池氧電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及鋅-空氣金屬燃料電池，屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域也屬于電池制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋅-空氣金屬燃料電池是當前電池領(lǐng)域中的最新技術(shù)，具有比能量高、工作電壓平穩(wěn)、原材料廉價易得等優(yōu)點，被稱為“面向21世紀的綠色能源”，廣泛應(yīng)用于航海中的航標燈、無人觀測站、無線電中繼站、軍事設(shè)備、電力車輛、移動通訊設(shè)備等。
鋅-空氣金屬燃料電池是以電極電位較負的金屬鋅作負極，以空氣中的氧或純氧作正極活性物質(zhì)，電解液一般采用堿性電解質(zhì)水溶液。目前影響鋅-空氣金屬燃料電池進行工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)是其氧電極的制備問題，氧電極是整個鋅-空氣金屬燃料電池關(guān)鍵所在，而氧電極性能受著制備工藝、防水透氣層的性能，催化劑制備與性能和集流體等多種因素的影響，所以對氧電極原材料成分的用量及成型工藝條件優(yōu)化，確定氧電極最佳制備工藝，以制備出電阻小、疏水性強、透氣性佳、壽命長的電極物質(zhì)結(jié)構(gòu)、低制造成本和機械強度高的氧電極，因此對氧電極性能研究生產(chǎn)對發(fā)展鋅-空氣金屬燃料電池具有重大意義。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種熱合工藝方法制作的鋅-空氣金屬燃料電池氧電極具有高的真實比表面積、高的極限擴散電流密度，高的交換電流密度，電導(dǎo)率大，化學(xué)穩(wěn)定性好，電流分布均勻，保持反應(yīng)區(qū)穩(wěn)定，高的機械強度，工作壽命長，適用溫度范圍寬和環(huán)保，原材料成本低。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種熱合工藝方法制作的鋅-空氣金屬燃料電池氧電極，其包括一防水透氣層和一催化層，防水粉料層和催化層之間夾置一集流體，三者用熱合工藝方法一體成型。
所述的集流體采用泡沫鎳或鎳網(wǎng)、鍍銀銅網(wǎng)、不銹鋼網(wǎng)和泡沫銅材質(zhì)制成。
所述的防水透氣層原材料由乙炔黑、活性炭、石墨、聚乙烯、聚苯乙烯、氟樹脂配以煤油或汽油溶劑經(jīng)熱合工藝制成。
所述的催化層原材料由硝酸銀、硝酸錳、硝酸鑭、硝酸銅、硝酸鐵、硝酸鎳、硝酸鈷、硝酸銨、硝酸鉍、碳酸氫銨、0P(辛烷基酚聚氧乙烯醚)和聚四氟乙烯的部分或全部原材料組合后經(jīng)熱合工藝制成。
所述的氧電極厚度為1毫米-5毫米。
所述的氧電極催化層厚度為0.10～0.20毫米。
本實用新型熱合工藝方法制作的鋅-空氣金屬燃料電池氧電極優(yōu)點是1、真實比表面高；2、具有高的極限擴散電流密度；3、由于采用高活性能電催化劑，使其具有高的交換電流密度；4、該熱合工藝方法制作的鋅-空氣金屬燃料電池氧電極電導(dǎo)率大、電流分布均勻；化學(xué)穩(wěn)定性好，能保持反應(yīng)區(qū)的穩(wěn)定；且機械強度好，工作壽命長，使用溫度范圍寬；即環(huán)保又原材料成本低廉。
圖1為本實用新型鋅-空氣金屬燃料電池氧電極結(jié)構(gòu)示意圖(主視)圖2為本實用新型鋅-空氣金屬燃料電池氧電極結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)具體實施方式
如圖1、圖2所示，本實用新型熱合工藝方法制作的鋅-空氣金屬燃料電池氧電極包括一防水透氣層1和一催化層2，中間放置有一集流體3，三者可用熱合工藝方法將三體成型，4為空氣引出極。
所述的集流體可采用不同材料，如泡沫鎳、鎳網(wǎng)、鍍銀銅網(wǎng)、不銹鋼網(wǎng)和泡沫銅等。
所述的防水透氣層原材料由乙炔黑、活性炭、石墨、聚乙烯、聚苯乙烯、氟樹脂配以煤油或汽油溶劑經(jīng)熱合工藝制成。
所述的催化層原材料由硝酸銀、硝酸錳、硝酸鑭、硝酸銅、硝酸鐵、硝酸鎳、硝酸鈷、硝酸銨、硝酸鉍、碳酸氫銨、OP(辛烷基酚聚氧乙烯醚)和聚四氟乙烯的部分或全部原材料組合后經(jīng)熱合工藝制成。
上述熱合工藝方法制作的鋅一空氣金屬燃料電池氧電極工作原理(在堿性溶液)
O2+2H2O+4e→4OH-此反應(yīng)是在堿性溶液中，氧電極還原反應(yīng)的總的表達式，要是考慮到實際氣相中氧必須首先溶解入溶液，再在電極表面進行化學(xué)吸附后才進行電極反應(yīng)，則它的反應(yīng)過程復(fù)雜得多，目前世界上正在研究探索，沒有統(tǒng)一結(jié)論，可以簡單地表示為
所述氧電極熱合工藝制作的過程1、防水透氣層(粉料)制備將炭粉加入10-50％聚乙烯或聚苯乙烯，再入溶劑汽油或煤油中，緩慢加熱，不斷攪拌，使聚乙烯或聚苯烯溶于溶劑內(nèi)，成粘稠溶液。加熱至130℃-160℃時停止加熱，將流動狀的粉料倒搪盤內(nèi)，吹風(fēng)冷卻，擠出多于溶劑，研磨，過30-60目篩。
2、催化層制備將硝酸銀、硝酸銅、硝酸鐵、硝酸錳等(6％-50％)溶于蒸餾水中，將活性碳、石墨、乙炔黑等按(50％-94％)，逐漸加入活化液中，充分攪拌使炭粉均勻吸收活化液，然后再60℃-80℃下烘干，將干燥的碳粉用玻璃絲布包好，放在鐵盒內(nèi)，周圍用粗活性碳掩蓋，于馬伏爐加熱至240℃-400℃，保溫1-3小時，在自然冷卻至室溫，過100目篩。按聚四氟乙烯(10％-30％)加入碳粉中，再加入一定量蒸餾水，充分攪拌均勻，用滾膜機進行滾壓(滾膜機溫度60℃-80℃)，壓制成0.10毫米-0.20毫米膜。
3、氧電極成型將催化層和防水透氣層(粉料)，分層鋪到模具中熱后成型。采用泡沫鎳或鍍銀銅網(wǎng)作集流體，置于防水透氣層(粉料)中。熱合的條件溫度130℃-190℃，壓力保持200公斤/厘米-500公斤/厘米，氧電極厚度，隨著具體類型不同約在1毫米-5毫米左右，用甲苯或丙酮萃取煤油或汽油，80℃-100℃烘干。
本實用新型鋅-空氣金屬燃料電池氧電極，制造工藝簡單可靠，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，成本低，適合批量生產(chǎn)。
本實用新型鋅-空氣金屬與燃料電池氧電極可用于多種用途的鋅-空氣金屬燃料電池上，具有重要的經(jīng)濟和社會效益。
權(quán)利要求1.一種熱合工藝方法制作的鋅—空氣金屬燃料電池氧電極，其特征在于包括一防水透氣層和一催化層，防水粉料層和催化層之間夾置一集流體，三者用熱合工藝方法一體成型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱合工藝方法制作的鋅—空氣金屬燃料電池氧電極，其特征在于所述的集流體為泡沫鎳或鎳網(wǎng)、鍍銀銅網(wǎng)、不銹鋼網(wǎng)和泡沫銅材質(zhì)制成的集流體層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱合工藝方法制作的鋅—空氣金屬燃料電池氧電極，其特征在于所述的氧電極厚度為1毫米-5毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱合工藝方法制作的鋅—空氣金屬燃料電池氧電極，其特征在于所述的氧電極催化層厚度為0.10～0.20毫米。
專利摘要本實用新型公開一種熱合工藝方法制作的鋅—空氣金屬燃料電池氧電極，其包括一防水透氣層和一催化層，防水粉料層和催化層之間夾置一集流體，三者用熱合工藝方法一體成型。所述的集流體采用泡沫鎳或鎳網(wǎng)、鍍銀銅網(wǎng)、不銹鋼網(wǎng)和泡沫銅材質(zhì)制成；防水透氣層原材料由乙炔黑、活性炭、石墨、聚乙烯、聚苯乙烯、氟樹脂配以煤油或汽油溶劑經(jīng)熱合工藝制成；催化層原材料由硝酸銀、硝酸錳、硝酸鑭、硝酸銅、硝酸鐵、硝酸鎳、硝酸鈷、硝酸銨、硝酸鉍、碳酸氫銨、辛烷基酚聚氧乙烯醚和聚四氟乙烯的部分或全部原材料組合后經(jīng)熱合工藝制成。
文檔編號H01M12/06GK2932636SQ20062000467
公開日2007年8月8日 申請日期2006年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月11日
發(fā)明者周利民, 周躍民, 王艷境, 劉偉春, 王菁迅 申請人:北京長力聯(lián)合能源技術(shù)有限公司