[发明专利]一种气体扩散阴极及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种气体扩散阴极及其制备方法与应用，该气体扩散阴极包括集电层，所述集电层的一侧依次设有碳层、粘接剂层、防水透气膜层，所述集电层的另一侧设有催化层。本发明有效提高气体扩散阴极的防水透气能力，降低其漏液风险，降低其生产成本以及运行成本。

技术领域

本发明涉及电化学领域，特别是涉及一种气体扩散氧还原阴极及其制备方法与应用。

背景技术

氧还原反应是能源、环境、化工中的基本阴极反应，基于该反应的气体扩散阴极是最常用的阴极形式，具有操作简单、成本低、环境友好、可靠性高等优点。目前，气体扩散阴极在微生物燃料电池、产过氧化氢、电芬顿反应以及能源领域的燃料电池中均有广泛应用。气体扩散阴极的关键是在导电基材上构建一层疏水防漏同时又具备一定气体扩散孔隙的防水层，也叫扩散层。增大孔隙率可增大气体扩散通量，但也增大液体渗漏风险。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种气体扩散氧还原阴极及其制备方法与应用，具有足够的透气量同时有效降低渗漏风险。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种气体扩散阴极，包括集电层，所述集电层的一侧依次设有碳层、粘接剂层、防水透气膜，所述集电层的另一侧设有催化层。

可选地，所述集电层选自金属网。

可选地，所述金属网选自钛网、镍网、不锈钢网中的至少一种。不锈钢网目数通常为100-300目，当然，不限于上述列举的材料，具有良好导电性和耐用性的金属网均适用于本发明。

可选地，所述碳层位于所述集电层的防水侧。

可选地，所述催化层选自选自贵金属催化剂时，所述碳层的原料选自活性炭、碳黑中的至少一种。

可选地，按质量计，所述碳层中活性炭：碳黑＝(1-5)：1，优选为(1-3)：1，具体可以为1:1、2:1、3:1、4:1、5:1等。

可选地，所述贵金属催化剂选自铂炭催化剂等。

可选地，所述催化层选自非贵金属催化剂时，所述碳层的原料包括活性炭、非贵金属催化剂。

可选地，按质量计，所述碳层中活性炭：非贵金属催化剂＝(1-5)：1，优选为(1-3)：1，具体可以为1:1、2:1、3:1、4:1、5:1等。

可选地，所述非贵金属催化剂选自碳黑、氮/碳掺杂碳材料、金属/氮/碳掺杂碳材料中的至少一种。上述非贵金属催化剂仅仅是部分列举，其他氧化原反应或产过氧化氢的非贵金属催化剂也在本发明的保护范围之中。

可选地，制备所述碳层的原料还包括溶剂、PTFE水溶液、Nafion水溶液中的至少一种。

可选地，所述PTFE水溶液的质量浓度为10wt％，为60wt％PTFE水溶液的稀释溶液，所述Nafion水溶液的质量浓度为5wt％。

上述溶剂、60wt％PTFE水溶液、5wt％Nafion水溶液均可从市场上购买得到。

可选地，所述溶剂选自异丙醇、甲醇、乙醇中的至少一种。

可选地，所述溶剂的加入量为30-80μL/mg碳粉，具体可以为30μL/mg碳粉、40μL/mg碳粉、50μL/mg碳粉、60μL/mg碳粉、70μL/mg碳粉、80μL/mg碳粉等。

可选地，所述PTFE水溶液、Nafion水溶液的用量均为8-12μL/mg碳粉，具体可以为8μL/mg碳粉、9μL/mg碳粉、10μL/mg碳粉、11μL/mg碳粉、12μL/mg碳粉等。

可选地，所述粘接剂层的原料选自PTFE、Nafion中的至少一种。