[发明专利]一种镁海水电池的空气阴极的制备方法

说明书

本发明公开了一种镁海水电池的空气阴极的制备方法，其包括以下步骤：取已制备的催化层，并取泡沫镍作为集流层；制备扩散用的膏状物质：取碳黑、聚四氟乙烯乳液和造孔剂；然后将碳黑和聚四氟乙烯乳液及造孔剂置于作为分散剂的乙醇中搅拌至膏状；再除去乙醇得到扩散用的膏状物质；将扩散用的膏状物质注塑到作为集流层的泡沫镍内部的空洞中；将注塑有扩散用的膏状物质的集流层与催化层叠压在一起，形成双层一体结构；利用造孔法使双层一体结构中的造孔剂分解，完成造孔，得到空气阴极；优点是工艺简单、成本低，制备的空气阴极在长期海水冲蚀下失效率低，且放电电流密度高，从而能够提高镁海水电池的电性能。

技术领域

本发明涉及一种电池的制备技术，尤其是涉及一种镁海水电池的空气阴极的制备方法。

背景技术

镁海水电池以镁为阳极、以空气中的氧气为阴极活性物质，其实质是以海水(浓度为3.5％的氯化钠溶液)为电解液，其阳极反应、阴极反应和电池反应的表示如下：

阳极反应：Mg+2OH^-＝M(OH)₂+2e^-

阴极反应：O₂+2H₂O+4e^-＝4OH^-

电池反应：Mg+1/2O₂+H₂O＝Mg(OH)₂

由于空气中的氧气是取之不尽的，且其在镁海水电池中不占体积和重量，因此与传统的电池(如锌锰干电池)相比，镁海水电池具有成本低、无污染、原料丰富、安全性好、可控温度范围广、放电电压平稳、高比能量等一系列优点，市场前景非常明朗。镁海水电池的理论质量比能量为6700Wh/kg，实际质量比能量也能达到400Wh/kg，远高于目前市场上已有的电池(如锂电池)。

现有的镁海水电池的空气阴极包括三层，分别为依次压合在一起的催化层、集流层和扩散层，或为依次压合在一起的催化层、扩散层和集流层；催化层是将碳黑、催化剂和聚四氟乙烯乳液在作为分散剂的乙醇中长时间搅拌至膏状，然后除去乙醇得到膏状物质，再通过轧膜机辊压膏状物质形成的膜，其中，乙醇仅为搅拌获得膏状物质提供环境条件，乙醇在催化层的制备过程中挥发，使催化层中不含有乙醇成分；集流层是厚度为1毫米～2毫米的镍网；扩散层是将碳黑和聚四氟乙烯乳液在作为分散剂的乙醇中长时间搅拌至膏状，然后除去乙醇得到膏状物质，再通过轧膜机辊压膏状物质形成的膜，其中，乙醇仅为搅拌获得膏状物质提供环境条件，乙醇在扩散层的制备过程中挥发，使扩散层中不含有乙醇成分。这种结构的空气阴极存在以下问题：1)由于催化层和扩散层均为膜层，然而制膜工艺比较复杂，且制膜工艺要求比较高，因此可能存在50％左右的材料被浪费；2)由于催化层、集流层和扩散层是靠压力压合在一起的，而镁海水电池是以海水为电解液的，即镁海水电池是长期浸于海水中的，因此这种压合在一起的三层结构在海水的长期冲蚀下两两脱离的机率很高，也即在长期海水冲蚀下这种结构的空气阴极的失效率较高；3)这种结构的空气阴极的放电电流密度还有待提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、成本低的镁海水电池的空气阴极的制备方法，其制备的空气阴极在长期海水冲蚀下失效率低，且放电电流密度高，从而能够提高镁海水电池的电性能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种镁海水电池的空气阴极的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

①取已制备的催化层，并取泡沫镍作为集流层；

②制备扩散用的膏状物质：取质量百分比为38％～42％的碳黑、质量百分比为58％～62％的聚四氟乙烯乳液，并取碳黑和聚四氟乙烯乳液的总质量的2％～4％的造孔剂；然后将碳黑和聚四氟乙烯乳液及造孔剂置于作为分散剂的乙醇中搅拌至膏状；再除去乙醇得到扩散用的膏状物质；

③将扩散用的膏状物质注塑到作为集流层的泡沫镍内部的空洞中；