[发明专利]一种双功能电极及其制备和应用

摘要

本发明提供一种双功能电极及其制备和应用。所述双功能电极包括集流体和氢析出‑氧还原双功能催化剂，催化剂材料为贵金属钯、铂中的一种，催化剂均匀生长在半球性金属层上，金属层通过电镀生长在导电的泡沫金属上，且金属层表面被氧化成电镀金属的氢氧化物。电池单体由两片阴极对着阳极，组成类似“三明治”构型，阴阳极由电池壳体固定。本发明有效结合了镁‑水与镁‑溶解氧电池的优点，在小电流放电时采用镁‑溶解氧电池工作原理放电，电池的放电电压高，电池的质量比能量大；在大电流或者溶解氧不足时采用镁‑海水电池工作原理放电，可以保证电池能正常工作，有效提高电池的稳定性。

主权项

1.一种双功能电极，其特征在于：所述电极以泡沫金属为基底，其上负载有金属颗粒，每一金属颗粒均附着于基底上，与基底接触的金属颗粒表面为附着面、金属颗粒与基底不相接触的表面为非附着面，非附着面为半球面，非附着面上附着有与构成金属颗粒相同金属成份的氢氧化物膜层，金属颗粒及其相应氢氧化物膜层构成的半球状金属层，所述金属层上担载有贵金属纳米粒子。

2.如权利要求1所述的双功能电极，其特征在于：所述泡沫金属为泡沫镍、泡沫铜、泡沫铁中的一种；所述金属为钼、钴、镍中的一种或二种以上；所述贵金属纳米粒子为钯、铂中的一种或两种。

3.如权利要求1所述的双功能电极，其特征在于：所述半球状颗粒的直径为0.1‑2um；所述金属相应的氢氧化物膜层厚度为10‑100nm；所述贵金属纳米粒子的直径为1‑100nm。

4.如权利要求1或2所述双功能电极，其特征在于：所述金属及其氢氧化物颗粒构成的半球状金属层在泡沫金属基底上的担载量为0.1–1mg/cm²；所述贵金属纳米粒子的担载量为1‑100ug/cm²。

5.如权利要求1所述双功能电极，其特征在于：所述泡沫金属基底的厚度为0.5‑3.0毫米，孔道数目为50‑150PPI，通孔率为95‑100％。

6.一种权利要求1‑5任一所述双功能电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)双功能电极基底的制备：将泡沫金属浸渍于金属电镀液进行电沉积反应，金属电镀液为含有金属盐和支持电解质氯化铵溶液，盐酸调节溶液pH＝3‑6，；于所述泡沫金属表面得金属半球状颗粒，即双功能电极基底；

(2)双功能电极的制备：将步骤(1)所得的双功能电极基底浸渍于含有贵金属盐的酸性化学沉积溶液中，至贵金属载量为1‑100ug/cm²，将得到的电极在去离子水中室温陈化1‑3天，使得电极表面的金属镀层表面被氧化成相应金属的氢氧化物膜层，得双功能电极；所述贵金属为钯、铂中的一种或两种。

7.如权利要求6所述双功能电极的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述电镀液为含有钼酸铵、氯化钴、氯化镍中一种或二种以上0.01‑1mol/L的盐溶液，以及浓度为0.5‑4mol/L的氯化铵溶液；盐酸浓度0.1‑3mol/L；电沉积反应的电流密度为10‑100mA/cm²；电沉积温度为20‑80℃，所述电极基底金属颗粒的电沉积容量为10‑500C/cm²。

8.如权利要求6所述双功能电极的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述化学沉积溶液为含氯铂酸或氯钯酸中的一种或两种的酸性溶液，贵金属盐的浓度在1‑100ppm，所述溶液pH值为1‑4；贵金属离子于化学沉积溶液中的浓度为1‑100ppm；化学沉积反应温度为20‑80℃，时间为2‑24h。

9.一种权利要求1‑5任一所述双功能电极的应用，其特征在于：所述双功能电极为可同时进行氧还原反应和氢析出反应的电极。

10.如权利要求9所述双功能电极的应用，其特征在于：所述双功能电极为金属‑溶氧型电池和金属‑水电池复合电池的电极。