[发明专利]一种具有高度有序阵列结构的空气电极及其制备方法

说明书

本发明公开一种具有高度有序阵列结构的空气电极及其制备方法，属于锂氧气电池技术领域，具体制备方法包括以下步骤：(1)将无水乙醇与糖溶液混合，搅拌均匀后，得到前驱溶液；(2)将双通阳极氧化铝膜抽滤后滴加所述前驱溶液，直至充满所述双通阳极氧化铝膜通道，再次抽滤、烘干后，利用陶瓷片将膜夹在中间，然后在保护气氛下进行煅烧，冷却至室温后，即得到具有高度有序阵列结构的空气电极。同时本发明保护了由上述制备方法制备得到的空气电极。本发明制备的空气电极，包括低迂曲度的高度有序的物质传输通道，能够表现出高电化学性能，为揭示锂氧气电池中的耦合传质过程提供技术手段。本发明提供的制备方法简单，便于推广使用。

技术领域

本发明涉及锂氧气电池领域，特别是涉及一种具有高度有序阵列结构的空气电极及其制备方法。

背景技术

锂氧气电池因其极高的理论能量密度而受到广泛研究，成为一种极具发展潜力的先进动力和储能技术。与锂离子电池不同的是，锂氧气电池属于一种固态产物体系，其在工作过程中，氧气首先溶解在电解液中，随后扩散至反应位点与锂离子发生电化学反应(2Li+O₂→Li₂O₂)。因而，溶解态氧与锂离子的扩散速率和路径将显著影响电极的动力学。常用空气电极的孔隙结构具有较高的迂曲度，不利于活性物质的扩散，孔隙结构本身在电极厚度方向上对溶解态氧和锂离子扩散的阻碍依旧不可避免。此外，放电产物Li₂O₂不溶于电解液并且具有很低的电导率，容易造成电极钝化，阻碍电子传输。另一方面，堵塞的孔隙阻碍了氧气和锂离子的传输，易造成浓差极化。

目前，对于Li₂O₂的观测大多集中在平面电极表面，少有研究报道Li₂O₂在真实空气电极内部的分布状况。现有技术中通过解耦电极的方法分析了Li₂O₂的质量分布，或通过氩离子溅射分析了空气电极内部的产物成分组成。但由于对电极截面的Li₂O₂进行原位或非原位观测非常困难，Li₂O₂在空气电极内部的形貌组成和分布特点仍缺乏认识。

因此，如何提供一种具有低迂曲度的多孔结构，高传输性能及高电化学性能，同时能够对电极内部形貌组成和分布特点进行观测的空气电极是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高度有序阵列结构的空气电极，以解决上述现有技术存在的问题，实现锂氧气电池工作过程中稳定的物质传输和高电化学性能，且能够对电极内部形貌组成和分布特点进行观测。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种具有高度有序阵列结构的空气电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)将无水乙醇与糖溶液混合，以减小糖溶液表面张力，搅拌均匀并超声后，得到前驱溶液；

(2)将双通阳极氧化铝膜(即双通AAO膜)抽滤后滴加所述前驱溶液，直至充满所述双通阳极氧化铝膜通道，再次抽滤、烘干后，利用陶瓷片将膜夹在中间，以避免双通阳极氧化铝膜在煅烧中发生卷曲，然后在保护气氛下进行煅烧，冷却至室温后，即得到具有高度有序阵列结构的空气电极。

优选的，所述双通阳极氧化铝膜购买于深圳拓扑精膜科技有限公司。

优选的，步骤(1)中所述糖溶液质量分数为10-40％，且溶剂为水；

所述乙醇与所述糖溶液中溶剂的质量比为1:1。

优选的，所述糖为蔗糖或葡萄糖。

有益效果：通过使用不同质量分数的糖溶液调整煅烧后碳膜导电性和物质传输通道直径；通过加入无水乙醇减小溶液表面张力，使溶液更容易渗透入双通AAO膜中，有利于抽滤。