[发明专利]一种全固态金属空气电池及其制备方法

说明书

本发明提供一种固态电解质金属空气电池及其制备方法。该电池为阴极支撑结构，以金属钠作为阳极材料，电解质位于阴极支撑体表面，以钙钛矿结构的镧锶钴铁金属氧化物LSCF与电解质材料构成的多孔复合材料为阴极支撑体。该阴极支撑体一方面能够替代贵金属催化剂实现空气极的催化作用，完成电池反应，从而大大降低了电池的制作成本；另一方面能够为电解质的薄层化提供基体支撑，有利于降低电解质电阻，提高电导率，实现电池在150℃～350℃的中低温下的反应放电。

技术领域

本发明属于金属空气电池技术领域，具体涉及一种全固态金属空气电池及其制备方法。

背景技术

金属空气电池是由化学性质活泼的金属与空气电极经化学反应耦合而成的一种电池，不仅借鉴了常见原电池的特点，同时参照燃料电池的一些特性，因此具有容量大、比能量高，成本低、放电稳定等特点。

目前研究开发的金属空气电池有锌空气电池、镁空气电池、铝空气电池、锂空气电池。但到诸如负极的极化或不稳定、伴生腐蚀、非均匀溶解、安全性、实际操作性等问题和成本阻碍了金属空气电池商业产品的开发。

根据电解质材料的不同，金属空气电池分为液态金属空气电池、半固态金属空气电池，以及全固态金属空气电池。

电解质材料目前主要分为三大类：氧化锆电解质材料、氧化铈电解质材料和镓酸镧系列的电解质材料。YSZ(Y₂O₃掺杂的ZrO₂)与SSZ(Sc₂O₃掺杂的ZrO₂)是氧化锆系电解质材料的代表，SDC(Sm₂O₃掺杂的CeO₂)、YDC(Y₂O₃掺杂的CeO₂)与GDC(Gd₂O₃掺杂的CeO₂)属于氧化铈电解质材料，镓酸镧系列的电解质材料中应用最广泛的是LSGM(La_xSr_1-xGa_yMg_1-yO₃)。但是，这些电解质在中低温下的离子电导率较低。

发明内容

针对上述金属空气电池的技术现状，本发明提供一种全固态金属空气电池，能够提高电解质离子电导率，可在中低温下进行放电反应。

本发明所采用的技术方案为：一种全固态金属空气电池，其特征是：以金属钠作为阳极材料，以钙钛矿结构的镧锶钴铁金属氧化物LSCF与电解质材料构成的多孔复合材料为阴极支撑体，所述电解质材料以该阴极支撑体为支撑。

LSCF与电解质材料构成的多孔复合材料是在钙钛矿结构的镧锶钴铁金属氧化物中加入少量电解质材料构成，用以增强氧离子的传导能力。

所述电解质材料不限，包括SSZ、YSZ、SDC、GDC、YDC、LSGM等中的一种或者几种。

作为优选，所述电解质材料与阳极材料之间设置界面修饰层，当在工作状态金属钠熔化为液态时用于提高液态钠在陶瓷电解质表面的涂覆润湿性，从而进一步降低电池内阻。作为优选，界面修饰层材料为Ag。

作为优选，所述电解质在支撑体表面呈薄膜状。作为进一步优选，所述电解质薄膜厚度小于50μm，更优选为小于25μm。

作为安装密封，本发明的全固态金属空气电池还包括用于安装阳极材料的阳极壳，用于安装阴极材料的阴极壳。作为优选，阳极壳与阴极壳之间设置高温绝缘材料，用于密封阳极壳与阴极壳之间的连接部位。所述高温绝缘材料不限，例如石棉等。

本发明的全固态金属空气电池以金属钠作为阳极材料，以LSCF与电解质材料构成的多孔复合材料为阴极支撑体，并且电解质材料以该阴极支撑体为支撑，具有如下有益效果：