[发明专利]一种新型可充金属空气电池氧电极及其制备方法

权利要求书

1.一种新型可充金属空气电池氧电极，其特征在于：所述的氧电极由气体微通道（1）、气体分布板（2）、电极集流体（3）、孔碳材料（4）、阵列材料（5）和隔膜（6）组成，其中，气体微通道（1）和气体分布板（2）可以由透氧膜替换，气体微通道（1）、气体分布板（2）和空气电极集流体（3）可以两个或三个耦合在一起，孔碳材料与阵列材料组成三维结构电极，其与催化剂及电解液构成阴极反应室，气体和金属离子分别经气体分布板和隔膜进入阴极反应室。

2.根据权利要求1所述的新型可充金属空气电池氧电极，其特征在于：

（1） 所述的透氧膜指允许氧离子或氧单质透过的有机膜或无机膜；

（2） 所述的阵列材料指中空结构的管状材料，管径为2 ~ 5000 nm；

（3） 所述的孔碳材料指比表面积不低于100 m²/g的碳材料，孔隙率不低于30%。

3.根据权利要求1所述的新型可充金属空气电池氧电极，其特征在于：所述的气体微通道指由疏水材料或表面经过疏水处理的材料构成的透气孔，对水的接触角大于80o，孔隙率不低于50%，孔径不大于1 μm。

4.根据权利要求1所述的新型可充金属空气电池氧电极，其特征在于：所述的气体分布板指不锈钢网、铜网、镍网、银网、铂网、钛网、陶瓷膜、碳膜、碳布中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的新型可充金属空气电池氧电极，其特征在于：所述的电极集流体指铜网、不锈钢网、镍网、银网、铂网、钛网、孔铝、石墨烯、碳膜、碳布中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的新型可充金属空气电池氧电极，其特征在于：所述的隔膜指聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜、聚丙烯腈膜、纤维素无纺布、聚酰亚胺纳米纤维膜、聚砜膜、及基于这些膜的改性膜和复合膜。

7.根据权利要求1所述的新型可充金属空气电池氧电极，其特征在于包括：

A、气路的制作

 （1） 将所述的气体微通道与气体分布板组成阴极反应室外气路；

 （2） 将所述的阵列材料组成阴极反应室内气路；

B、三维结构电极的制作

（1）  将所述的阵列材料固定在气体分布板上，阵列材料的中空管取向与气流方向平行；

（2） 将所述的孔碳材料或担载催化剂的孔碳材料组装在阵列材料之间形成三维结构电极；

C、阴极反应室的制作

（1） 将所述的气体分布板倾斜放置，倾角为0 ~ 80o；

（2） 将步骤B制备的三维结构电极固定在所述的气体分布板上； 

（3） 将所述的电极集流体放置在气体分布板之上；

（4） 将所述的电解液注入步骤（2）固定的三维结构电极中；

（5） 将步骤（4）制备的电极上方组装离子隔膜。

8.根据权利要求1和2所述的新型可充金属空气电池氧电极，其特征在于：所述的阵列材料的管径为5 ~ 3000 nm，指碳纳米管、碳纤维、金属氧化物管、聚噻吩管、聚吡咯管、聚苯胺管、及基于这些材料的复合物管或衍生物管。

9.根据权利要求1和2所述的新型可充金属空气电池氧电极，其特征在于：所述的孔碳材料的比表面积为200 ~ 3000 m²/g，指石墨烯、炭黑、活性炭、洋葱碳、泡沫碳、玻璃碳、碳纤维、碳纳米管、碳膜、碳布中的一种或几种。