[发明专利]用于金属空气电池的空气电极及金属空气电池

说明书

技术领域

本发明涉及金属空气电池领域，尤其涉及一种具有高功率系数和大量充放电循环并设计用于电动汽车的金属空气电池及该金属空气电池中改进的空气电极。

背景技术

人类在工业化进程中留下的副作用—环境污染所带来的危害正在被世界各国所认识，而且，由于一次能源的过度开采，全球能源供给日趋匮乏。20世纪90年代以来，国内外对一系列高性能、无污染新型绿色能源进行了研究，其对世界工业结构的改变产生了深远的影响。

金属空气电池是用金属燃料代替氢能源而形成的一种新概念的燃料电池，有望成为新一代绿色能源。其发挥了燃料电池的众多优点，将锌、铝等金属像氢气一样提供到电池中的反应位置，与氧气一起构成一个连续的电能产生装置，具有无毒、无污染、放电电压平稳、高比能量、内阻小、储存寿命长、价格相对较低、工艺技术要求较低、高比功率等优点，既有丰富的廉价资源，又能再生利用，而且比氢燃料电池结构简单，是很有发展和应用前景的新能源。

与现有电池相比，锌锰干电池的价格虽然便宜，但容量太低；与Ni-Cd电池相比，金属空气电池可提供大10倍左右的电力，且极大地减少了充电时间；尤其在能量效率方面，比内燃机等能量转换设备高出许多。在能源日益紧缺的今天，更凸显其重要作用。

金属空气电池与锂离子电池相比，它具有更大的能量密度和更低的循环寿命；虽然锂离子电池是电动汽车电池的首选，但是金属空气电池可以具有比锂离子电池更高的功率密度，金属空气电池的能量密度是现有的锂离子电池的10倍；同时金属空气电池还具备保质期长(干燥保存)，低成本等优点，以及在工作范围内不依赖负载和温度的能力，但是金属空气电池也具有有限的充放电循环寿命、有限的功率比、有限的功率输出、及有限的工作温度范围，并且金属阳极易腐蚀等缺点。这些不好的特性严重地限制了金属空气电池的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于金属空气电池的空气电极，所述空气电极的材料为具有多孔结构的纤维形态的导电材料，为金属空气电池提供了一个更好的机械更稳定的空气电极，同时为催化剂提供了一个化学稳定并且更导电的支撑结构；在所述空气电极的多孔结构中沉积金属催化剂颗粒，从而提高电池的氧还原反应速率。

本发明的目的还在于提供一种金属空气电池，除包含本发明改进的空气电极外，还包含设置于所述空气电极一侧的氧选择性膜，选择性地从空气中过滤出氧气从而使氧化还原反应速率提高至原来的数倍，与现有的金属空气电池相比，本发明的金属空气电池具有更高的功率输出和更长的充放电循环寿命，可用作电动汽车的电池。

为实现上述目的，本发明提供一种用于金属空气电池的空气电极，所述金属空气电池包括所述空气电极、负电极和提供在所述空气电极与所述负电极之间的电解质，其中，所述空气电极的材料为具有多孔结构的纤维形态的导电材料。

所述空气电极的材料具有微米或亚微米级孔的多孔结构。

所述空气电极的材料为碳纳米管。

所述空气电极的多孔结构中沉积有金属催化剂颗粒。

所述金属催化剂为具有纳米晶体结构的金属基催化剂。

所述金属催化剂为铂基纳米晶体。

本发明还提供一种金属空气电池，包含：

根据任一如上所述的空气电极；

负电极；和

提供在所述空气电极与所述负电极之间的电解质溶液。

还包含设置于所述空气电极一侧的氧选择性膜。

所述负电极由活泼金属锌、铝或镍构成。

所述电解质溶液为氢氧化钠溶液。

本发明的有益效果：本发明提供的一种用于金属空气电池的空气电极，与现有技术相比，具有如下改进：1)采用具有多孔结构的纤维形态的导电材料作为空气电极的材料，不仅为金属空气电池提供了一个更好的机械更稳定的气体电极，同时为催化剂提供了一个化学稳定且更导电的支撑结构；2)在所述空气电极的多孔结构中沉积金属催化剂颗粒，从而提高电池的氧还原反应速率。本发明提供的一种金属空气电池，除包含本发明改进的空气电极外，还包含设置于所述空气电极一侧的氧选择性膜，选择性地从空气中过滤出氧气从而使氧化还原反应速率提高至原来的数倍，与现有的金属空气电池相比，本发明的金属空气电池具有更高的功率输出和更长的充放电循环寿命，可用作电动汽车的电池。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明