[发明专利]设有辅助电极的可再充金属氢化物空气电池

摘要

本发明涉及空气电池，旨在提供一种设有辅助电极的可再充金属氢化物空气电池。该电池横向结构依次为：具有氧气排出通路的辅助电极集电体、涂覆了辅助电极催化剂的载体、辅助电极隔膜、多孔负极、隔膜、涂覆了正极催化剂的载体、具有空气通路的正极集电体，并以密封圈实现密封；多孔负极中加载储氢金属作为负极材料，电解液被吸收于多孔负极中。本发明可避免正极催化剂的直接氧化，维持正极良好的憎水性能，有利于空气中的氧顺利通过碳布或碳纸扩散到正极催化剂层；可避免锌空气电池中锌作为能量储存介质所导致的枝晶形成而引起电池短路和多次充电后锌电极形变，提高空气电池的寿命；可用于制造大功率空气电池以满足作为电动车电源的需要。

主权项

一种设有辅助电极的可再充金属氢化物空气电池，以阳离子交换膜、阴离子交换膜或聚丙烯膜作为隔膜隔断负极与正极，其特征在于，还设有辅助电极；空气电池的横向结构依次为：具有氧气排出通路的辅助电极集电体、涂覆了辅助电极催化剂的载体、辅助电极隔膜、多孔负极、隔膜、涂覆了正极催化剂的载体、具有空气通路的正极集电体，并以密封圈实现密封；空气电池的正极端子由正极集电体引出，负极端子由多孔负极引出，辅助电极由辅助电极集电体引出；多孔负极中加载储氢金属作为负极材料，并以氯化铵水溶液、KOH溶液、NaOH溶液或氯代烷基咪唑离子液体为电解液，电解液的浓度为1～6摩尔/升，被吸收于多孔负极中；作为负极材料的储氢金属的通式为Zr1-yTiyNi2-a-bMaNb，其中：M为过渡金属V、Cr、Mn、Fe或Co；N为添加元素Al或Si；a的范围为0～1，b的范围为0～1，y的范围为0～0.5；所述多孔负极通过下述方式制得：将粉末状的储氢金属与5wt.％的羧甲基纤维素钠溶液，或与5wt.％的聚乙烯醇溶液按质量比1∶1～3的比例调制成浆料并充填于负极基材中，室温干燥后压制成多孔负极；所述负极基材为多孔金属材料或用导电纤维制成的多孔材料；在制得的多孔负极中，储氢金属与负极基材的质量比为1∶0.05～0.5；所述空气电池以聚吡咯修饰碳载贵金属催化剂中的至少一种作为正极催化剂，所述贵金属为Pt、Pd、Au或Ag；所述涂覆了正极催化剂的载体通过下述方式制得：(1)制备聚吡咯修饰碳载贵金属：将炭黑分散到水、甲醇或者氯仿中配成悬浊液，其质量比为1∶15；加入冰乙酸或者盐酸调节pH值为2.5～3，室温搅拌10～30min；按碳材料与吡咯的质量比为1∶0.05～0.3加入吡咯搅拌5～10min，然后加入1克质量的贵金属的氯化物或其混合物；再加入0.05～0.1克质量的H2O2；室温搅拌3～10h后，加热至70～90℃；缓慢加入300ml浓度为0.1ML-1的还原剂碱性硼氢化钠溶液后，剧烈搅拌30～60min，自然冷却；用去离子水洗涤过滤后，真空70～90℃干燥6～12h后在Ar或N2的惰性气氛下300～600℃保温1～5h进行热处理，制得相应的聚吡咯修饰碳载贵金属催化剂；(2)聚吡咯修饰碳载贵金属催化剂、水、5wt.％的聚四氟乙烯悬浊液和无水乙醇按照1∶3∶2～7∶3～6的质量比例混合调制成浆料，涂覆到经憎水处理的碳纸或碳布上，自然晾干即可，聚吡咯修饰碳载贵金属与碳纸或碳布的质量比为1∶10～100；所述空气电池的辅助电极通过下述方式制得：将聚吡咯修饰碳载贵金属催化剂、水、5wt.％的聚乙烯醇溶液和无水乙醇，或聚吡咯修饰碳载贵金属催化剂、水、5wt.％的羧甲基纤维素钠溶液和无水乙醇，按照1∶3∶2～7∶3～6的质量比例混合调制成浆料，涂覆到经憎水处理的碳纸或碳布上，自然晾干即可，聚吡咯修饰碳载贵金属催化剂与碳纸或碳布的质量比为1∶10～100。