[发明专利]设有辅助电极的可再充金属氢化物空气电池

权利要求书

1.一种设有辅助电极的可再充金属氢化物空气电池，以阳离子交换膜、阴离子交换 膜或聚丙烯膜作为隔膜隔断负极与正极，其特征在于，还设有辅助电极；空气电池的横向 结构依次为：具有氧气排出通路的辅助电极集电体、涂覆了辅助电极催化剂的载体、辅助 电极隔膜、多孔负极、隔膜、涂覆了正极催化剂的载体、具有空气通路的正极集电体，并 以密封圈实现密封；空气电池的正极端子由正极集电体引出，负极端子由多孔负极引出， 辅助电极由辅助电极集电体引出；多孔负极中加载储氢金属作为负极材料，并以氯化铵水 溶液、KOH溶液、NaOH溶液或氯代烷基咪唑离子液体为电解液，电解液的浓度为1～6 摩尔/升，被吸收于多孔负极中；

作为负极材料的储氢金属的通式为Zr_1-yTi_yNi_2-a-bM_aN_b，其中：M为过渡金属V、Cr、 Mn、Fe或Co；N为添加元素Al或Si；a的范围为0～1，b的范围为0～1，y的范围为0～0.5；

所述多孔负极通过下述方式制得：将粉末状的储氢金属与5wt.％的羧甲基纤维素钠溶 液，或与5wt.％的聚乙烯醇溶液按质量比1∶1～3的比例调制成浆料并充填于负极基材中， 室温干燥后压制成多孔负极；所述负极基材为多孔金属材料或用导电纤维制成的多孔材 料；在制得的多孔负极中，储氢金属与负极基材的质量比为1∶0.05～0.5；

所述空气电池以聚吡咯修饰碳载贵金属催化剂中的至少一种作为正极催化剂，所述贵 金属为Pt、Pd、Au或Ag；

所述涂覆了正极催化剂的载体通过下述方式制得：

(1)制备聚吡咯修饰碳载贵金属：

将炭黑分散到水、甲醇或者氯仿中配成悬浊液，其质量比为1∶15；加入冰乙酸或者 盐酸调节pH值为2.5～3，室温搅拌10～30min；按碳材料与吡咯的质量比为1∶0.05～0.3 加入吡咯搅拌5～10min，然后加入1克质量的贵金属的氯化物或贵金属氯化物的混合物； 再加入0.05～0.1克质量的H₂O₂；室温搅拌3～10h后，加热至70～90℃；缓慢加入300ml 浓度为0.1ML^-1的还原剂碱性硼氢化钠溶液后，剧烈搅拌30～60min，自然冷却；用去离 子水洗涤过滤后，真空70～90℃干燥6～12h后在Ar或N₂的惰性气氛下300～600℃保 温1～5h进行热处理，制得相应的聚吡咯修饰碳载贵金属催化剂；

(2)聚吡咯修饰碳载贵金属催化剂、水、5wt.％的聚四氟乙烯悬浊液和无水乙醇按照 1∶3∶2～7∶3～6的质量比例混合调制成浆料，涂覆到经憎水处理的碳纸或碳布上，自然 晾干即可，聚吡咯修饰碳载贵金属与碳纸或碳布的质量比为1∶10～100；

所述空气电池的辅助电极通过下述方式制得：

将聚吡咯修饰碳载贵金属催化剂、水、5wt.％的聚乙烯醇溶液和无水乙醇，或聚吡咯 修饰碳载贵金属催化剂、水、5wt.％的羧甲基纤维素钠溶液和无水乙醇，按照1∶3∶2～ 7∶3～6的质量比例混合调制成浆料，涂覆到经憎水处理的碳纸或碳布上，自然晾干即可， 聚吡咯修饰碳载贵金属催化剂与碳纸或碳布的质量比为1∶10～100。

2.根据权利要求1所述设有辅助电极的可再充金属氢化物空气电池，其特征在于， 所述空气电池的多孔负极制备过程中，还包括在调制浆料时加入聚吡咯修饰的炭黑作为负 极添加剂，即粉末状的储氢金属、聚吡咯修饰的炭黑，与5wt.％的羧甲基纤维素钠溶液或 5wt.％的聚乙烯醇溶液按质量比1∶0.3～0.5∶1～3的比例调制成浆料；

所述聚吡咯修饰的炭黑通过下述方式制得：将炭黑分散到水、甲醇或者氯仿中配成悬 浊液，其质量比为1∶15；加入冰乙酸或者盐酸调节pH值为2.5～3，室温搅拌10～30min； 按炭黑与吡咯的质量比为1∶0.05～0.3加入吡咯搅拌5～10min，然后加入0.05～0.1克质 量的H₂O₂作为聚合反应的引发剂，室温搅拌3～10h；产物用温去离子水洗涤，真空干燥 后制得以聚吡咯修饰的炭黑。