[发明专利]基于无碳Ag-Cu催化剂层的空气电极及其制备方法

权利要求书

1.一种基于无碳Ag-Cu催化剂层的空气电极，其特征在于，所述基于无碳Ag-Cu催化剂层的空气电极是在泡沫镍上沉积Ag-Cu合金得到；所述Ag-Cu合金的微观形貌是树枝晶或者球晶或者片晶；所述的Ag-Cu合金中存在Ag，Cu和Cu₂O相，组成元素为零价态的Ag和Cu，并在该Ag-Cu合金表面有氧化铜层；所述Ag-Cu催化剂空气电极的一次锌空电池在100mA/cm²下的放电功率是79.9～85.8mWcm^–2，二次锌空电池的充放电往复效率大于51.8％。

2.如权利要求1所述基于无碳Ag-Cu催化剂层的空气电极，其特征在于，当Ag-Cu合金的微观形貌是树枝晶时，该枝晶在泡沫镍基体上均匀分布，生长形态完整，并且一次枝晶长约7～30μm，二次枝晶长度为0.5～9μm，所述二次枝晶的生长方向与一次枝晶呈75～90゜；当Ag-Cu合金的微观形貌是球晶时，该球晶的直径为0.1～1μm；当Ag-Cu合金的微观形貌是片晶时，该片晶的厚度是0.5～3μm。

3.一种制备权利要求1所述基于无碳Ag-Cu催化剂层的空气电极的方法，其特征在于，具体过程是：

步骤1，泡沫镍的处理；

步骤2，配置前驱溶液：所述前驱溶液包括硫酸铜溶液和硝酸银溶液；所述的硫酸铜溶液为1～5mol·L^-1的硫酸铜溶液，由分析纯级别的五水合硫酸铜和去离子水组成；所述的硝酸银溶液为0.005～0.015mol·L^-1的硝酸银溶液，由分析纯级别的硝酸银和去离子水组成；

步骤3，制备泡沫镍上的铜纳米粒子；将处理好的泡沫镍垂直放入硫酸铜溶液中浸泡1～5h，取出后用去离子水轻轻冲洗以去除泡沫镍上的硫酸铜溶液，得到表面附着有铜纳米粒子的泡沫镍；

步骤4，制备Ag-Cu合金催化剂层；所述Ag-Cu合金催化剂层是通过在泡沫镍上制备Ag-Cu纳米粒子的枝晶得到；具体过程是，将表面附着有铜纳米粒子的泡沫镍浸入0.005～0.015mol·L^-1的硝酸银溶液中，置换60～180s；去离子水清洗以去除泡沫镍上的硝酸银溶液；在空气中晾干，得到Ag-Cu合金催化剂层；

步骤5，空气扩散层的制备；乙炔黑与PTFE按1：2～3的比例在无水乙醇中，常规方法混合均匀，得到粘稠状的乙炔黑与PTFE的混合物；将所述乙炔黑与PTFE的混合物置于80～90℃的恒温水浴锅中，保温至乙炔黑与PTFE混合物中的无水乙醇全部蒸发完毕，并形成膏体状乙炔黑与PTFE混合物；将到的膏体状乙炔黑与PTFE混合物取出，用滤纸吸掉表面水分，用辊压机压制成厚度为0.5～0.8mm的膜状空气扩散层；

步骤6，空气电极的制备；将上述步骤中得到的Ag-Cu合金催化剂层放置在空气扩散层表面，用辊压机将催化剂层与空气扩散层压制成厚度为0.4～0.6mm的膜状空气电极，用压片机将得到的空气电极在2～3MPa的压力下压制5～10min；将空气电极放入真空干燥箱中，50℃的温度下真空干燥30min，随炉冷却，即可得到基于无碳Ag-Cu枝晶催化层的空气电极。