[发明专利]一种铝空气电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种铝空气电池及其制备方法，属于电池领域。本发明以工业铝合金为阳极，工业铝合金与高纯铝4NAl(99.99％)在6mol/L KOH溶液中的耐蚀性相当；采用焙烧制备出镍锰基复合材料，得到了催化性能好的阴极材料。本发明中工业铝合金阳极具有低成本的特点，且工业铝合金容易获得，是铝空气电池高纯铝阳极的有力替代品；镍锰基复合材料的制备方法简单，产率高，可实现批量生产，且其催化性能可与商用20％Pt/C催化剂媲美，是价格昂贵的铂催化剂的有力替代品。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种铝空气电池及其制备方法。

背景技术

长期以来，世界各国的能源供应均以化石燃料为主，然而煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧会放出大量的二氧化碳等温室气体，对全球变暖产生不利影响，同时化石燃料的储量有限，如果长期依靠化石燃料供能，化石燃料总有枯竭的一天，所以急需寻找绿色，安全，充足的能源供应替代品。

金属铝空气电池，由于具有低成本、与锂(3.86Ah/g)相当的高的理论能量密度(2.98Ah/g)，对环境污染小且可循环的特点，是化石燃料的有力替代品。目前金属铝空气电池主要以高纯金属铝作为阳极，高纯铝(4NAl)的成本较高，大概在普通铝的几倍，这极大的限制了其商业化应用，需要寻找成本更低的高纯铝替代品。且空气阴极主要由气体扩散层，集流体层及催化层组成。其中催化层是发生氧化还原的主要场所，可以说催化层的性能决定了铝空气电池的整体性能。目前公认性能较好的，最常使用的催化剂为贵金属催化剂，包括金属铂，钯，金，银等，但其低储量及高成本限制了其发展，急需寻找低成本高效的阴极催化剂。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铝空气电池及其制备方法。本发明以工业铝合金为阳极，确保了耐蚀性能，制备的镍锰基复合材料氧还原催化效果优异，共同降低了成本。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种铝空气电池，包括阳极、阴极和电解液，所述阴极包括催化剂层，以工业铝合金为阳极，以KOH溶液为电解液，所述催化剂层的制备原料包括镍锰基复合材料、科琴黑、活性炭、聚四氟乙烯分散液和无水乙醇；

所述镍锰基复合材料由包括以下步骤的方法制备得到：将α-MnO₂、氧化镍和乙醇混合后使乙醇挥发，得到混合物，将所述混合物焙烧，得到所述镍锰基复合材料。

优选地，所述焙烧的温度为600～900℃，时间为12～15h。

优选地，所述α-MnO₂与氧化镍的摩尔比为9～10:4～5。

优选地，升温至所述焙烧的升温速率为5～8℃/min。

优选地，所述工业铝合金为1060、6061或7075工业铝合金。

优选地，所述阴极、阳极与电解液的接触面积均为1cm²。

优选地，所述KOH溶液的浓度为6mol/L。

本发明还提供了上述技术方案所述铝空气电池的制备方法，包括以下步骤：

将α-MnO₂、氧化镍和乙醇混合后使乙醇挥发，得到混合物，将所述混合物焙烧，得到所述镍锰基复合材料；

将所述镍锰基复合材料、科琴黑、活性炭、聚四氟乙烯分散液和无水乙醇混合，得到浆料；

将所述浆料涂覆在泡沫镍中后依次进行压制和干燥，得到阴极；

以工业铝合金为阳极、KOH溶液为电解液，与所述阴极进行组装，得到铝空气电池。

优选地，所述镍锰基复合材料、科琴黑和活性炭的质量比为6～7：2～3：6～7。