[发明专利]锌空电池气体扩散电极及其制备方法

说明书

技术本领域

本发明涉及锌空电池领域，尤其一种锌空电池气体扩散电极及其制备方法。

背景技术

锌空气电池具有能量高、密度高、比容量好、使用安全等优点。正极上氧还原反应超电位高、动力学缓慢，目前主要采用以碳为载体的铂及铂系催化剂。但铂金属成本高，在世界范围内资源匮乏，难以普及应用。

锌空气电池不是一个封闭的体系，其电性能易受环境湿度的影响，当外界湿度较大时，电解液易吸潮漏液；当外界湿度较小时，电解液易蒸发，使电池干涸失效。

现行防止锌空气电池漏液爬碱的方法一般是通过调节气孔的大小，限制气体流量。这种方法虽然降低了吸水量，提高了电池的寿命，但由于限制了气体流量，使电池的大电流输出能力很低。另一个方法则是采用在空气扩散电极靠空气的一侧覆盖一层对水蒸气和氧气具有选择性的半透膜，当空气通过这种半透膜时，半透膜对氧气具有选择透过性能力，可以阻碍水蒸气的通过，减少水蒸气的透过率，从而提高水蒸气和氧气的分离系数，因此采用这种半透膜能保持电池正常工作。

由于一般的高分子膜透气能力很低，而锌空气电池还需要足够的气体流量才能保证正常工作，故一般的高分子膜很难满足这个要求。迄今国内外关于在空气扩散电极上涂覆聚合物膜以改进其与环境的交换能力的研究报道较少。

因此现有技术依然有待改进和提高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有技术不足而提供一种锌空电池气体扩散电极及其制备方法，防止锌空气电池漏液爬碱，并提供其生产制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明涉及一种锌空电池气体扩散电极，包括中间集流体和集流体两侧压覆的防水透气层、和催化层，所述催化层采用的催化剂为Co-PPy-C复合物(以碳为载体的钴-聚吡咯配合物)，所述防水透气层靠空气的一侧涂覆有聚合物层。

优选的，所述Co-PPy-C复合物是通过如下方法制备而得的：

a、制备C-PPy：将碳黑、去离子水、冰醋酸混合搅拌均匀后，加入吡咯，继续搅拌均匀后，加入10％的过氧化氢、在冰水浴中搅拌反应6h，对得到的混合物抽滤、洗涤、干燥制得C-PPy，所述加入的碳黑、去离子水、冰醋酸、吡咯和过氧化氢的质量比为4∶30∶1∶1∶4；

b、在步骤a制备好的C-PPy中加入25倍量的去离子水以及100倍量的7％的硝酸钴水溶液，在80℃恒温水浴加热、搅拌1h；滴加入用硼氢化钾、氢氧化钠、去离子水按质量比23∶1∶14配置成的混合溶液，直至PH值达11～11.5，抽滤、洗涤、干燥，即得。

优选的，所述的聚合物为四氟乙烯/六氟丙烯共聚物。

优选的，所述的聚合物为聚二甲基硅氧烷。

本发明还涉及一种制备上述的锌空电池气体扩散电极的方法，该方法包括以下步骤：

(1)将活性炭、聚四氟乙烯乳液、无水硫酸钠和Co-PPy-C复合物催化剂混合；

(2)以乙醇作分散剂，加热搅拌至糊状后辊压成催化层；

(3)将乙炔黑、聚四氟乙烯乳液、无水硫酸钠混合；

(4)以乙醇作分散剂，加热搅拌至糊状后辊压成防水透气层；

(5)按电极由外到内的顺序将防水透气层、集流体和催化层叠合后辊压成型，在70℃下干燥30min，制得空气扩散电极胚体；

(6)取聚合物溶液，直接涂覆于步骤(5)制得的空气扩散电极胚体的透气层靠空气的一侧，在空气中干燥，即得所述空气扩散电极。

优选的，步骤(1)中所述活性炭、聚四氟乙烯乳液、无水硫酸钠和Co-PPy-C复合物催化剂的质量比为4.5～7.5∶1～2.5∶1∶1～5。

优选的，步骤(3)中所述乙炔黑、聚四氟乙烯乳液、无水硫酸钠的质量比为7～12∶4～11∶1～4。

优选的，所述的集流体为泡沫镍。

优选的，所述的聚合物为四氟乙烯/六氟丙烯共聚物。

优选的，所述的聚合物为聚二甲基硅氧烷。

本发明具有如下有益效果：

1、采用本发明的锌空电池气体扩散电极制得的电池，能够有效防止锌空气电池漏液爬碱；

2、本发明的锌空电池气体扩散电极极限电流降低，吸水速度降低，氧气和水蒸气的分离系数增加；

3、由本发明的锌空电池气体扩散电极所装配的AA型锌空气电池在干燥环境和在潮湿环境中，都大大提高了电池的放电容量，锌电极的利用率明显提高。

附图说明