[发明专利]电极及其制备和用途

说明书

本发明涉及一种电极，其包含：

(A)气体可扩散通过的固体介质，

(B)至少一种导电碳质材料，

(C)至少一种有机聚合物，

(D)至少一种呈颗粒形式的通式(I)化合物：

M¹_aM²_bM³_cM⁴_dH_eO_f    (I)

其中各变量各自定义如下：

M¹选自Mo、W、V、Nb和Sb，

M²选自Fe、Ag、Cu、Ni、Mn和镧系元素，

M³选自B、C、N、Al、Si、P和Sn，

M⁴选自Li、Na、K、Rb、Cs、NH₄、Mg、Ca和Sr，

a为1-3，

b为0.1-10，

c为0-1，

d为0-1，

e为0-5，

f为1-28，

其中通式(I)化合物具有1-300m²/g的BET表面积。

本发明进一步涉及本发明电极在电化学电池，例如在金属-空气电池组，例如镉-空气电池组、铝-空气电池组或铁-空气电池组，尤其是在Zn-空气电池组中的用途。本发明进一步涉及一种制备本发明电化学电池的方法以及一种制备本发明电极的方法。

对常规电化学电池的替代方案的研究已进行了许多年，在常规电化学电池中，电荷传输在一定程度上通过水合质子进行，因此最大电压受到限制。就此而言，一种替代的电能储存介质为锂离子电池组，其中电荷传输由处于非水性溶剂中的锂离子确保。然而，许多该类电池组对空气和水分敏感，在最坏情况下这会导致有瑕疵的锂离子电池组自燃。

此外，还期望电化学电池具有高能量密度。

一种改进措施为金属-空气电池组(例如锌-空气电池组)。在一个通常的实施方案中，在碱性电解质存在下用大气氧氧化金属(例如锌)以形成氧化物或氢氧化物。所释放出的能量以电化学方式利用。这类电池组可通过还原放电中所形成的金属离子而充电。就此而言，已知将气体扩散电极(GDE)用作阴极。气体扩散电极是多孔的且具有双功能作用。金属-空气电池组必须可在放电期间使大气氧还原成氢氧根离子，且在充电期间使氢氧根离子氧化成氧气。就此而言，例如已知气体扩散电极在位于由细碎分散的碳构成的载体材料上的结构，所述载体材料包含用于催化氧气还原或氧气生成的一种或多种催化剂。

此处，催化剂的选择非常重要。就此而言，划分为如下催化剂：纯放电催化剂，例如金属氧化物如MnO₂、Co₃O₄、La₂O₃、LaNiO₃、NiCo₂O₄、LaMnO₃和LaNiO₃；金属，例如Ag；金属络合物，例如CoTMMP(四甲氧基苯基卟啉)和FeTMMP-Cl；金属氮化物，如Mn4N、CrN、Fe₂N；金属碳化物，如TaC、TiC和WC；以及双官能催化剂，例如钙钛矿如La_0.8Sr_0.2BO₃(参见V.Neburchilov等，J.Power Scources，2010，195，1271)或La_0.6Ca_0.4CoO₃(参见WO 2003/54989)。

WO 2007/065899公开了用于二次金属-空气电池组的双官能催化剂，其中电极的活性层包含氧气还原催化剂以及选自La₂O₃、Ag₂O和尖晶石的双官能催化剂。

US 5,318,862公开了由石墨、NiS、FeWO₄和WC的结块混合物构成的电极材料，所述混合物涂覆有钴。

由上文所引用的现有技术已知的所有材料仍可改善至少一种下述性质：电催化活性、耐化学性、耐电化学腐蚀性、机械稳定性、在载体材料上的良好粘合性以及与导电碳黑、粘结剂和存在的话的放电催化剂的低相互作用。

因此，发现了开头所定义的电极。