[发明专利]一种可充放电金属空气电池阴极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属空气电池领域，涉及一种阴极，具体涉及一种可充放电金属空气电池阴极及其制备方法。

背景技术

金属空气电池作为一种具有特殊放电模式的燃料电池，不仅拥有普通燃料电池发电效率高、无污染的特点，还具有功率密度高，可持续放电的优点。金属空气电池的工作原理是阳极在消耗金属的同时，阴极需要消耗空气中的氧气，因此阴极需要良好的空气透过率。现有的金属空气电池如图1所示，它通常具有一个阳极和两个阴极，其中一个阴极进行充电而另一个阴极进行放电，这就造成了其结构复杂而成本较高；而现有只具有一个阳极和一个阴极的金属空气电池则稳定性较差。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种可充放电金属空气电池阴极。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可充放电金属空气电池阴极，它包括泡沫基体、沉积在所述泡沫基体上的贵金属纳米粒子以及粘结在所述泡沫基体任一表面的催化层；所述泡沫层的厚度为0.1～10mm，其孔隙率为70～98％。

优化地，所述泡沫层的孔隙率为75～95％。

优化地，它还包括形成在所述催化层表面的微孔PTFE膜。

优化地，所述泡沫基体的材质为Ni、Cu、NiCrFe、ZnCu、NiCu、NiCrW、NiFe或Ti。

优化地，所述贵金属纳米粒子为Pt或Ir，其粒径为5～50nm。

本发明的又一目的在于提供一种上述可充放电金属空气电池阴极的制备方法，它包括以下步骤：

(a)将泡沫基体置于贵金属纳米粒子前驱体溶液，加热至沸腾，随后加入柠檬酸钠溶液在不断搅拌的条件下保持沸腾，得到沉积有贵金属纳米粒子的泡沫基体；

(b)取PTFE乳液溶于乙醇中，再加入金属氧化物催化剂超声分散形成浆料；

(c)将所述浆料涂覆在沉积有贵金属纳米粒子的所述泡沫基体表面，干燥形成催化层。

优化地，它还包括步骤(d)将微孔PTFE膜加热至260～280℃，用辊轴对其进行挤压使其覆设于所述催化层表面，随后将其置于水中进行急冷。

优化地，步骤(a)中，所述贵金属纳米粒子前驱体溶液的浓度为0.005～0.015mol/L。

进一步地，步骤(a)中，所述柠檬酸钠溶液的浓度为0.05～0.15mol/L。

优化地，所述步骤(b)中，加入金属氧化物催化剂的同时还加入乙炔黑，使得乙炔黑在所述浆料中的质量分数为0.5～2％。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明可充放电金属空气电池阴极，通过在其内沉积贵金属纳米粒子并粘结形成催化层，这样在充电时能够利用贵金属纳米粒子作用催化OH^-生成氧气，而在放电时能够利用催化层催化氧气形成OH^-，实现了充放电的双重功能，比较稳定；而且不存在含碳材料，这样避免了吸附氧的作用而出现氧化的风险。

附图说明

图1为现有金属空气电池的结构示意图；

图2为本发明可充放电金属空气电池阴极的结构示意图。

具体实施方式