[发明专利]一种基于石墨烯的锌空气电池空气电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯的锌空气电池空气电极，由防水透气层、集流体与催化层压制成型，所述防水透气层和催化层中的导电剂中添加石墨烯，所述导电剂还包括活性炭、乙炔黑、石墨、炭黑中的一种或几种，所述石墨烯在导电剂中重量百分比为0.1%‑100%。本发明通过将石墨烯以及石墨烯与活性炭、乙炔黑、石墨、炭黑混合组成的导电剂加入到锌空气电池的空气电极中，提高了锌空气电池的导电性能，提高电池的散热速度，改善了电池大电流工作时发热的问题；同时，石墨烯的引入提高了电极的电导率，进而改善电池的倍率性能。

技术领域

本发明涉及一种锌空气电池空气电极，具体涉及一种基于石墨烯的锌空气电池空气电极及其制备方法。

背景技术

锌空气电池是一种金属空气电池，以空气中的氧气作正极活性物质，金属锌作为负极，中性或碱性的电解质水溶液作为电解液。

由于正极活性物质来自电池的外部，无需占用电池的空间，在相同体积、重量的情况下，锌空气电池内可以装入更多的负极活性物质，使得锌空气电池比普通电池的容量高出很多，其理论比能量达到1350Wh/kg 以上，实际比能量在 1000Wh/kg 以上，属于大容量高能化学电源。锌空气电池还具有比能量高、价格低廉、无污染等优点，因而锌空气电池的应用领域相当广阔，主要用于航海中的航标灯、无人观测站、无线电中继站、军事无线电发报机、电力汽车等，但是锌空气电池依然存在严重不足，比如：空气电极导电性差、催化效率低、电池大电流放电发热等严重限制了锌空气电池的发展。

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的二维材料，其具有超高的导电性，电阻率仅约10^-6Ω·cm,是目前世界上电阻率最小的材料，同时石墨烯又具有良好的导热性能。

如何将石墨烯加入到锌空气电池，改善锌空气电池导电性差、催化效率低、电池大电流放电发热的问题，目前积蓄解决。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种具有高导电性且电池出现大电流时散热良好的基于石墨烯的锌空气电池空气电极及其制备方法。

本发明所采用的技术方案如下：一种基于石墨烯的锌空气电池空气电极，由防水透气层、集流体与催化层压制成型，所述防水透气层和催化层中的导电剂中添加石墨烯,石墨烯的添加形式为石墨烯粉末或石墨烯分散液。

作为优选，所述导电剂还包括活性炭、乙炔黑、石墨、炭黑中的一种或几种，所述石墨烯在导电剂中重量百分比为0.1%-100%。

作为优选，所述石墨烯的导电率为1-2000S/m，比表面积为200-3000m2/g，粒径为100nm-20μm。

作为优选，所述防水透气层还包括粘结剂和造孔剂，所述催化层还包括催化剂、造孔剂和粘结剂。

作为优选，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种。

作为优选，所述造孔剂为碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵中的一种或几种。

作为优选，所述催化剂为电解MnO2、活性炭、Au、Ag、Pt中的一种或几种。

作为优选，所述集流体为镍网、泡沫镍中的一种。

一种基于石墨烯的锌空气电池空气电极的制备方法，包括以下步骤：

（1）防水透气层的制备：

防水透气层的各组分的质量份数组成为：导电剂1-7份，粘结剂0.5-3份，造孔剂1-5份；

首先将导电剂和造孔剂放入装有无水乙醇的烧杯中，搅拌2-18h，混合均匀；然后逐滴滴入粘结剂，继续搅拌，混合均匀；在室温下干燥1-10天后，获得粉状膏体，将粉状膏体放到辊压机上造粒，最终滚压成厚度为0.05-1mm的片状；

（2）催化层的制备：