[发明专利]一种电极膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种电极膜及其制备方法，电极膜包括相叠合设置的催化层、集流层和防水透气层；催化层包括碳载体和催化剂；碳载体包括经碱洗的化学法活性碳和Vulcan XC72R碳黑，化学法活性碳和Vulcan XC72R碳黑的质量比为(3‑10):1；催化剂为MnO₂‑Ag/C；电极膜的制备方法包括：催化层制备步骤：在溶剂中加入碳载体、造孔剂、催化剂和粘结剂，超声分散后得到催化层溶液；将催化层溶液水浴加热进行破乳，抽滤，得到催化层膏体；将催化层膏体碾压，得到催化层；压合步骤：将得到的催化层与防水透气层、集流层叠合，得到电极膜；电极膜，用于铝‑空气电池中，提高催化氧还原反应的速率，使得铝‑空气电池提供稳定的电量。

技术领域

本发明涉及一种电极膜及其制备方法，属于能源材料技术领域。

背景技术

空气电池是化学电池的一种。构造原理与干电池相似，所不同的只是它的氧化剂取自空气中的氧。锂、镁、镍、铝都可作为空气电池的负极，而针对使用的负极金属材料的不同、制备的正极材料、电解液均有较大的差异。其中，铝因容易获取，量大、铝可以通过电解回收循环使用，成本低，延展性好，容易塑造成各种形状，成为负极材料的优选。此外，铝-空气电池的容量大，放电电压平稳；安全性好，充电迅速，环境友好，内阻小，比能量高，理论比能量能达到1300Wh/kg，但在实际应用中，比能量达到220～300Wh/kg，因此可提升的空间很高。

铝-空气电池技术的不成熟导致仍然存在一些缺陷：

1)电极中催化剂的催化活性较低导致在大电流放电时，催化氧还原反应速率较慢。空气电极采用催化效果较好的铂、银和铑等贵金属作为催化剂，会使得电池的成本增加，商品化成本高，采用成本低的催化剂，如一些金属氧化物，电池的大电流放电效果差；

2)电池大电流工作时发热：大电流放电时，由于电池存在一定的电阻，特别当电池的电阻很大时，电池就会发热，而铝的熔点较低，存在极耳被熔断的可能，这限制了铝-空气电池的大电流放电性能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种电极膜，用于铝-空气电池中，提高催化氧还原反应的速率，使得铝-空气电池提供稳定的电量。

本发明的第二个目的在于提供一种上述电极膜的制备方法，该制备方法改善了电极膜压合以及热处理的条件，其电极膜在反应时更稳定、与铝负极的配合更好。

实现本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种电极膜，包括相叠合设置的催化层、集流层和防水透气层；催化层包括碳载体和催化剂；碳载体包括经碱洗的化学法活性碳和Vulcan XC72R碳黑，化学法活性碳和Vulcan XC72R碳黑的质量比为(3-10):1；催化剂为MnO₂-Ag/C；催化剂中MnO₂、Ag⁺和C的摩尔比为(0.1-0.15):1:(5-10)。

进一步地，催化层、集流层和防水透气层的叠合方式依次为：催化层、集流层、防水透气层；或，催化层、防水透气层、集流层；或，防水透气层包括第一防水透气层和第二防水透气层，叠合方式依次为：催化层、第一防水透气层、集流层、第二防水透气层。

进一步地，集流层为镀镍铜集流层。

进一步地，防水透气层包括乙炔黑和粘结剂；乙炔黑和粘结剂的质量之比为5:(3-6)。

进一步地，化学法活性碳和Vulcan XC72R碳黑的质量比为9:1；化学法活性碳的粒径≥100目。

进一步地，催化层包括按重量份计的以下成分：

催化层不包括乙炔黑。

进一步地，催化层包括按重量份计的以下成分：