[发明专利]一种锌空气液流电池用空气电极结构及其制备方法

说明书

一种锌空气液流电池用空气电极结构及其制备方法,属于电化学储能和电极制造技术领域。依次包括氧析出催化层、第一防水透气层、具有三维网络多孔结构的集流体层、氧还原催化层、第二防水透气层；氧析出催化层和氧还原催化层分别位于集流体两侧，氧析出催化层靠近电解液一侧，且氧析出催化层和集流体之间还包含第一防水透气层，氧还原催化层在靠近空气一侧直接与集流体接触，且通过第二防水透气层与空气接触。该空气电极克服了传统锌空液流电池空气电极漏液严重、充放电过电位大等问题，具有充放电过电位低，循环寿命长、成本低、结构及制造工艺简单的特点。

技术领域

本发明属于电化学储能和电极制造技术领域，特别涉及用于锌空气液流电池的空气电极及制备方法。

背景技术

当今社会人们对煤、石油、天然气等化石燃料的使用和依赖性越来越大，这些燃料都是不可再生的能源，而且过度的使用也造成了很多环境问题，面对这种情况，人们正在努力开发新的能源以替代这些传统能量来源，如风能，太阳能，潮汐能等，但是这些新能源有很强的地域性，而且这些新能源也具有不稳定性，发电也不连续的特征，在这种情况下就需要使用储能技术来解决这些问题。

储能技术分为很多种，有物理储能，化学储能，电磁储能和相变储能这几种方法，在化学储能中，液流电池由于安全性高、适用范围广，适合大规模储能，备受关注。锌空气液流电池作为新型的储能技术，建立在锌空气电池、锌溴液流电池的基础上，具有低成本、大容量等特点，具有较大的商业价值，成为目前研究的热点。然而空气电极的发展滞后，导致电池过电位较高、能量转化效率低、循环稳定性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于锌空气液流电池的空气电极及其制造方法，该空气电极克服了传统锌空气液流电池空气电极漏液严重、充放电过电位大等问题，具有充放电过电位低，循环寿命长、成本低、结构及制造工艺简单的特点。

本发明提供的一种用于锌空气液流电池的空气电极，其特征在于，所述空气电极依次包括氧析出催化层、第一防水透气层、具有三维网络多孔结构的集流体层、氧还原催化层、第二防水透气层，氧析出催化层和氧还原催化层分别位于集流体的两侧，氧析出催化层靠近电解液一侧，且氧析出催化层和集流体之间还包含第一防水透气层，氧还原催化层在靠近空气一侧直接与集流体接触，且通过第二防水透气层与空气接触。

催化剂层主要是由对应的催化剂、第一导电剂和粘结剂组成，第一导电剂和对应催化剂质量比为3-5:1，优选为4:1；粘结剂为Nafion，Nafion浓度为0.1-5wt.％，优选为0.2-3wt.％，更优选为0.5wt.％。对应的催化剂和粘结剂Nafion质量比为5-15:1，优选为9:1；

氧析出催化剂可以是贵金属催化剂、非贵金属氧化物催化剂或非金属催化剂。氧析出催化剂的负载量为0.1-1.5mg/cm²，优选为0.3-0.9mg/cm²。

氧还原催化剂可以是贵金属催化剂、非贵金属氧化物催化剂或非金属催化剂。氧还原催化剂的负载量为0.1-1.5mg/cm²，优选为0.5-1.2mg/cm²。

氧析出催化剂和氧还原催化剂质量比为1-3:3，优选为2:3。

防水透气层均是主要由第二导电剂、高分子憎水材料组成，第二导电剂和高分子憎水材料质量比为0.5-5:1，优选为1-3:1，更优选为1:1。高分子憎水材料为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和氟化乙烯丙烯中的一种或两种以上。

优选地，第一导电剂为碳黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或两种以上。

其中第二导电剂为乙炔黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或两种以上；优选为乙炔黑。

高分子憎水材料为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和氟化乙烯丙烯中的一种或两种以上；优选为聚四氟乙烯。