[发明专利]一种自支撑空气电极及其制备和应用

权利要求书

1.一种碳毡支撑体电极，其特征在于：于碳毡的表面和内部孔道表面原位生长有Ag和锰氧化物构成的电极催化剂材料，催化剂材料于形成过程原位地生长在碳纤维毡表面和内部孔道上，存在形式为5-10nm粒径的单质银颗粒、5-10nm粒径颗粒状和/或8-12nm直径树枝状的无定型锰氧化物。

2.按照权利要求1所述碳毡电极，其特征在于：电极催化剂材料于碳毡上的载量为1-2mg/cm³，电极催化剂材料中锰氧化物为MnO₂或Mn₃O₄中的一种或两种；电极催化剂材料中Ag和锰氧化物的质量比1:2-1:3。

3.一种权利要求1或2所述碳毡电极的制备方法，其特征在于：

1)碳毡改性：将碳毡浸入5-10wt％KOH溶液中，干燥，N₂气氛下，按500-600℃和900-950℃两段温度依次焙烧碱处理碳毡3-4h和2-4h；将得到的碳毡浸入65％～68％的浓硝酸中，用水浴加热预处理一定时间后取出并用水反复清洗直至清洗液为中性，干燥；

2)催化剂合成：将AgNO₃和KMnO₄分散在水中，搅拌均匀得到混合溶液，将改性后碳毡放入溶液中浸泡24h以上，加热反应后自然冷却取出碳毡，用去离子水反复清洗直至清洗液为中性，干燥，200-400℃N₂气氛下焙烧4-5h。

4.按照权利要求3所述碳毡电极的制备方法，其特征在于：

步骤1)中预处理温度为70-80℃，预处理时间为4-6h。

5.按照权利要求3所述碳毡电极的制备方法，其特征在于：

步骤2)中AgNO₃和KMnO₄于混合溶液中按Ag和锰氧化物计的质量比为1:2-1:3，AgNO₃的质量浓度3.5-5g/L。

6.按照权利要求3所述碳毡电极的制备方法，其特征在于：

步骤2)中浸泡时间优选为24-72h；加热反应温度为70-80℃，反应时间为30-60min。

7.按照权利要求3所述碳毡电极的制备方法，其特征在于：所述碳毡改性前需要进行碳毡预处理，过程为：碳毡依次分别使用丙酮、乙醇和去离子水作为洗涤剂超声清洗，每一种洗涤剂的洗涤时间20min以上，清除表面油脂、灰尘或者其他杂物；超声清洗后，用去离子水反复清洗碳毡直至清洗液为中性，干燥。

8.按照权利要求3或7所述碳毡电极的制备方法，其特征在于：干燥为放入60-105℃烘箱中干燥6h以上。

9.一种权利要求1或2所述碳毡电极作为阴极催化层在金属空气电池中应用。

10.按照权利要求9所述的应用，其特征在于：

自支撑空气阴极包括依次层叠的权利要求1或2所述碳毡电极、镍网集流体及的防水透气的扩散层。