[发明专利]通过水路径生产锌电极的方法

说明书

本发明涉及一种原位形成锌酸钙晶体的锌电极的生产方法。该方法尤其包括以下步骤：制备混合物，晶体生长，减慢电极的生长和生产。

技术领域

本发明涉及电化学电池领域，更具体地涉及特定锌电极的生产方法。

背景技术

金属锌负电极对电池特别有吸引力，因为它们具有高的单位重量容量(820Ah/kg锌)，可以在水性电解质中进行充电和放电循环，并且由丰富、无毒且低成本的原材料制成。

锌电极用于几种使用碱性电极的电池中。例如，锌电极可用于锌-二氧化锰电池(通常称为“碱性电池”)或锌-空气电池(例如用于助听器)。这两个示例的电池未被设计为可充电，它们的锌基负极通过将金属锌电化学转化为氧化锌(根据等式1的反应)或转化为溶液中的锌酸盐[Zn(OH)₄]^2-而工作(根据等式2的反应)。

等式1

Zn_(s)+2(OH)^-_(aq)→ZnO_(s)+H₂O_(l)+2e^-

等式2

Zn_(s)+4(OH)^-_(aq)→[Zn(OH)₄]^2-_(aq)+2e^-

在使用碱性电解质的几种类型的可充电电池中，例如镍锌，银锌或锌空气电池，锌电极还用作负电极。为了增加这些电池的充放电循环次数，则优选锌电极主要由氧化锌(ZnO)制成，其可以与金属锌(Zn)混合。实际上，在这些可充电电池的示例中，根据等式3和4的反应，等式1和2给出的反应也必须能够反向运行。

等式3

ZnO_(s)+H₂O_(l)+2e^-→Zn_(s)+2(OH)^-_(aq)

等式4

[Zn(OH)₄]^2-_(aq)+2e^-→Zn_(s)+4(OH)^-_(aq)

在这种电池的放电过程中，氧在正极处被还原，并且金属在负电极处被氧化。

-负电极放电：M→Mⁿ⁺+ne^-

-正电极放电：O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-

当必须为金属空气电池充电时，电流方向会反向。正电极会产生氧气，而负电极会通过还原而重新沉积金属：

-负电极充电：Mⁿ⁺+ne^-→M

-正电极充电：4OH^-→O₂+2H₂O+4e^-

锌空气系统的优点在于使用了无限容量的正电极。因此，锌空气型电化学发生器以其高能量密度而著称，其能量密度可达数百Wh/kg。正电极消耗的氧气不需要存储在电极中，可以从环境空气中被吸收。

在充电期间，金属离子Zn²⁺在负电极处还原，并在该电极附近的电位足够负时以金属形式Zn沉积。优选地，金属在电极上一致且均匀的沉积以在该电极的充电和放电循环期间提供良好的保持。