[发明专利]一种气体扩散层、制备方法以及一种金属空气电池

说明书

本发明提供了一种气体扩散层，包括：导电多孔支撑体和疏水层，所述疏水层包覆于所述导电多孔支撑体表面及所述导电多孔支撑体的孔道内壁，所述导电多孔支撑体的材料选自导电陶瓷。本发明以导电陶瓷作为气体扩散层的导电多孔支撑体材料，具有较高的导电性以及较高的抗弯强度，以上述导电多孔支撑体材料得到的气体扩散层可用于制备高性能的金属空气电池。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种气体扩散层及其制备方法以及一种金属空气电池。

背景技术

金属空气电池一般由金属阳极、电解液及空气阴极组成，其中阴极的性能是电池性能的核心，而空气阴极的结构一般为三层结构，由内向外依次是：与电解液直接接触的催化剂层，为催化剂层提供反应物氧气的气体扩散层，第三层为电流集流导电层；其中气体扩散层是阴极的关键，其兼顾防止电解液将反应物气体运输通道淹没的发生，甚至电解液漏出电池的危险，同时还兼顾气体有效扩散到催化剂层的功能，同时还需具有一定的机械强度和电导率来解决空气阴极的变形及电阻偏大的问题，因整个氧还原反应发生在气-液-固的三相界面处，因此如果更高效的将反应物传输到界面处将是电池性能高低的关键。

目前制备金属-空气电池的空气阴极气体扩散层(GDL)一般有两种结构。第一种是将碳粉与疏水粘接剂配置成浆料，涂覆在镍网或者铜网上形成气体扩散层；第二种是使用碳纸、炭毡或者石墨毡作为电子导电网络的支撑体，使用聚四氟乙烯(PTFE)乳液浸渍炭毡或者石墨毡得到气体扩散层。由于第一种结构中铜网或镍网常会因长期使用出现的“爬液”腐蚀现象，因此近年来结构二更受欢迎。

但上述两种结构均使用了碳材料作为导电支撑材料，而碳材料的导电性较差，电导率一般小于2S/cm，这导致了使用碳材料的阴极电阻较大，严重影响电池在大功率高电流放电情况下的性能；此外碳材料作为骨架的气体扩散层强度有限，在制备大面积空气阴极时常会出现弯曲变形的情况。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种气体扩散层及其制备方法以及一种金属空气电池，本发明提供的气体扩散层强度高，并且具有良好的导电性能。

本发明提供了一种气体扩散层，包括：

导电多孔支撑体和疏水层，所述疏水层包覆于所述导电多孔支撑体表面及所述导电多孔支撑体的孔道内壁，所述导电多孔支撑体的材料选自导电陶瓷。

优选的，所述导电陶瓷选自钙钛矿型导电陶瓷和金属基导电陶瓷中的一种或多种。

优选的，所述钙钛矿型导电陶瓷为La_1-xSr_xCo_1-yFe_yO₃、La_1-zSr_zMnO₃或Ba_1-mSr_mCo_1-nFe_nO₃，其中，所述0＜x≤0.6，0＜y≤0.6，0≤z≤0.6，0.2≤m≤0.8，0＜n≤0.4。

优选的，所述金属基导电陶瓷为Ni基导电陶瓷、Cu基导电陶瓷或Fe基导电陶瓷。

优选的，所述Ni基导电陶瓷选自Ni-ZrO₂、Ni-Al₂O₃、Ni-CeO₂、Ni-掺杂氧化铝基陶瓷、Ni-掺杂氧化锆基陶瓷、Ni-掺杂氧化铈基陶瓷、Ni-碳化硅、Ni-氧化钛或Ni-碳化钛；

所述Cu基导电陶瓷选自Cu-ZrO₂、Cu-Al₂O₃、Cu-CeO₂、Cu-掺杂氧化铝基陶瓷、Cu-掺杂氧化锆基陶瓷、Cu-掺杂氧化铈基陶瓷、Cu-碳化硅、Cu-氧化钛或Cu-碳化钛；