本發(fā)明涉及鋅/空氣電池技術領域，尤其涉及鋅/空氣電池用鋅電極。
背景技術：
鋅/空氣電池是一種以金屬鋅作為陽極活性物質(zhì)，空氣中氧氣作為陰極活性物質(zhì)，堿性氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)溶液的電化學反應裝置。鋅/空氣電池具有比能量高、價格低廉、綠色環(huán)保、安全性高等眾多優(yōu)點。
鋅具有一系列優(yōu)良性能，包括低平衡電位、電化學可逆性、水溶液中的穩(wěn)定性、較佳傳導率、低成本等眾多優(yōu)點。鋅電極是鋅/空氣電池的核心部件之一。鋅電極極易鈍化，在電極表面形成抑制層而由活性狀態(tài)轉(zhuǎn)化為非活性狀態(tài)，降低電極大電流放電能力。針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明所述一種鋅/空氣電池用鋅電極，提高電極大電流放電能力，并顯著增強電極機械強度。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，采用以下具體方案來實現(xiàn)：
一種鋅/空氣電池用鋅電極，其為中間壓合有集流體的板狀鋅電極；所述板狀鋅電極的鋅電極材料中具有多孔結(jié)構，所述板狀鋅電極的孔隙率為30-85％；所述板狀鋅電極中的孔的孔徑為0.1-200μm?？紫堵蔬^大，電極機械強度不佳，電子電導降低，孔隙率過小，電極放電性能不佳。
所述集流體為金屬網(wǎng)或金屬片中一種或兩種以上，所述金屬為銅、鎳、銀中一種或兩種以上的合金。
所述鋅電極材料中含有摻雜金屬，所述摻雜金屬為In、Bi、Al、Ca、Fe、Cu中一種或兩種以上的混合物或合金，所述摻雜金屬占鋅與摻雜金屬總質(zhì)量的1％-5％。
所述金屬網(wǎng)為拉伸金屬網(wǎng)、沖孔金屬網(wǎng)、泡沫金屬網(wǎng)、編織金屬網(wǎng)中的一種。
所述板狀鋅電極的厚度cm與板面面積cm2的比為1:20-1:5，集流體處于鋅電極材料中。
所述鋅電極的制備方法，包括以下步驟，
(1)鋅粉預處理：將鋅粉在濃度為0.001-5mol/L的助熔劑中浸漬3-10min，在真空條件下，溫度30-100℃條件下烘干5-30min；
(2)膏體的制備：將鋅粉材料與造孔劑以質(zhì)量比1:5-4:5混合，于混合物中加入鋅粉材料質(zhì)量1-6倍的分散劑，以及1％-10％鋅粉材料質(zhì)量的助熔劑，攪拌至混合物為粘稠狀，即得膏體；鋅粉材料為鋅粉或含有摻雜金屬粉末的鋅粉；
(3)板狀鋅電極的制備：將步驟(2)所得膏體一部分填充于一板狀模具底部，于已填充有部分膏體的模具中置入一集流體，進一步將步驟(2)所得膏體其余部分置于所述模具中壓合；將填充滿膏體的模具置于一高溫設備中進行高溫燒結(jié)；將燒結(jié)后的壓合有集流體的膏體從所述模具中取出，得板狀鋅電極；
(4)板狀鋅電極的后處理：將步驟(3)所得板狀鋅電極于去離子水中浸漬0.5-3h去除造孔劑。造孔劑在電極燒結(jié)過程中起到一定的占位作用，在電極燒結(jié)過程中或燒結(jié)成型后易于從電極中去除。
步驟(1)所述鋅粉的粒徑為150-200目；
步驟(2)所述造孔劑為氯化鈉、氯化鉀、聚甲基丙烯酸甲酯、氟硼酸鉀中的一種或兩種；所述分散劑為醋酸、乙醇、去離子水中的一種或兩種以上的混合液；所述助熔劑為鹽酸、醋酸、氯化銨中的一種；所述摻雜金屬粉末粒徑范圍為40-600μm。鋅粉粒徑過大，電極易發(fā)生鈍化，鋅粉粒徑過小，電極易腐蝕析氫。
步驟(3)所述集流體為金屬網(wǎng)或金屬片，所述金屬為銅、鎳、銀中一種或兩種以上的合金；
所述金屬網(wǎng)為拉伸金屬網(wǎng)、沖孔金屬網(wǎng)、泡沫金屬網(wǎng)、編織金屬網(wǎng)中的一種。
步驟(2)所述攪拌速度為200-1000rpm；步驟(3)所述高溫燒結(jié)的溫度為420℃-700℃,處理氣氛為氮氣條件；烘干時間為10-60min；所述壓合壓力為1-20MPa，壓合時間為3-10min。攪拌速度過大或過小起不到均勻分散作用，燒結(jié)溫度過低鋅粉松散、無法粘接成一體，燒結(jié)溫度過高，鋅粉熔接成整體，孔隙分布不均勻。
步驟(2)所述鋅粉中含有摻雜金屬所述摻雜金屬為In、Bi、Al、Ca、Fe、Cu中一種或兩種以上的混合物或合金，所述摻雜金屬占鋅與摻雜金屬總質(zhì)量的1％-5％。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所述鋅/空氣電池用鋅陽極具有以下優(yōu)點：
電極燒結(jié)成型后將造孔劑去除獲得了孔隙率較高、孔隙分布均勻、孔結(jié)構可控的鋅電極，提高了大電流放電能力，有效抑制電極鈍化。在高于鋅粉熔點的溫度下燒結(jié)，使得鋅粉充分熔接成一體，電極機械強度顯著增強。
附圖說明
圖1以本發(fā)明所述的鋅電極作為陽極的鋅/空氣電池恒流放電曲線圖。鋅空氣電池中空氣陰極由擴散層、銅集流體、催化層組成，其中擴散層由質(zhì)量80％活性炭與20％PTFE組成，催化層由質(zhì)量20％的質(zhì)量擔載量為10％Ag-MnOx(X＝1-2)催化劑、70％活性炭與10％PTFE組成，電解液為7mol/LKOH溶液。從圖中可以看出，以本發(fā)明所制備的鋅電極為陽極的鋅/空氣電池放電電壓在1.0V以上，放電電流在15A至15.7A之間。
具體實施方式
為進一步說明本發(fā)明，列舉以下實施例，但本發(fā)明不限于下述實施例。
實施例1：
稱取200克鋅粉，在濃度為5mol/L的氯化銨溶液中浸漬10min，將鋅粉取出，在30℃條件下真空烘干30min，將鋅粉經(jīng)200目分樣篩篩分，將造孔劑經(jīng)200目分樣篩篩分，將上述篩分后的鋅粉與氯化鈉粉體混合后加入300ml的去離子水，再加入6g氯化銨，在200rpm轉(zhuǎn)速下攪拌，攪拌時間為30min后，混合物成粘稠狀，將上述粉體均勻填裝于模具中，將銅網(wǎng)嵌入其中，經(jīng)10MPa壓合3min，將上述粉體在氮氣保護氣氛下，600℃高溫燒結(jié)20min，將燒結(jié)后的電極在去離子水中浸漬2h將造孔劑去除，即制備成多孔鋅電極。鋅電極由中間集流體與兩側(cè)燒結(jié)成型的金屬網(wǎng)狀結(jié)構組成。
所述鋅/空氣電池中，空氣陰極由擴散層、銅集流體、催化層組成，其中擴散層由質(zhì)量80％活性炭與20％PTFE組成，催化層由質(zhì)量20％的質(zhì)量擔載量為10％Ag-MnOx(X＝1-2)催化劑,70％活性炭與10％PTFE組成，電解液為7mol/LKOH溶液，以本發(fā)明所述的鋅電極為陽極，進行恒流放電曲線測試。