本發(fā)明屬于鋁空氣電池制備領(lǐng)域，具體涉及一種鋁空氣電池空氣電極。

背景技術(shù)：

鋁空氣電池是以空氣中的氧氣作為正極活性物質(zhì)，以高純鋁或鋁合金作為電池負(fù)極，以nacl、koh、naoh等鹽或堿作為電解液，其比能量理論上可高達(dá)8718wh/kg，遠(yuǎn)高于其它各種電池，具有非常廣泛的應(yīng)用范圍。中性電解液體系鋁空氣電池，放電產(chǎn)物為氫氧化鋁，其不溶于電解液，會(huì)導(dǎo)致空氣電極及鋁電極嚴(yán)重鈍化，導(dǎo)致鋁空氣電池放電終止；堿性電解液體系鋁空氣電池，放電產(chǎn)物為偏鋁酸鈉，達(dá)到飽和濃度后，也會(huì)沉淀析出一定量的氫氧化鋁，進(jìn)而導(dǎo)致電解液電導(dǎo)率下降、空氣電極毒化及鋁電極鈍化。為了解決該問(wèn)題，例如提出了如下方案：通過(guò)設(shè)計(jì)電解液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)，將放電產(chǎn)物聚沉，然后過(guò)濾掉。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，很多時(shí)候由于不能非常及時(shí)地把不溶性的膠體產(chǎn)物過(guò)濾掉，仍會(huì)導(dǎo)致放電產(chǎn)物在空氣電極及鋁電極表面的聚沉，造成電極性能衰減。專利文獻(xiàn)1(cn103329342a)提出將陰離子交換膜放在鋁空氣電池正負(fù)極之間，能夠在一定程度上抑制放電產(chǎn)物向正極的遷移。但由于所用陰離子交換膜水通量特別小，只能在正負(fù)極兩側(cè)分別注入電解液，也因?yàn)榇似渌秒x子交換膜不能和空氣電極復(fù)合到一起，使電池結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜；另一方面其所使用陰離子交換膜成本非常高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明目的在于提供一種的鋁空氣電池空氣電極，其能夠提高鋁空氣電池使用壽命。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：一種鋁空氣電池空氣電極，包括多孔集流體、催化劑層及防水透氣層，其特征點(diǎn)是，還包括高分子聚合物多孔膜或其改性多孔膜，該電極按如下順序壓制而成：高分子聚合物多孔膜或其改性多孔膜/多孔集流體/催化劑層/防水透氣層，高分子聚合物多孔膜或其改性多孔膜/催化劑層/多孔集流體/防水透氣層，或多孔集流體/高分子聚合物多孔膜或其改性多孔膜/催化劑層/防水透氣層。

本發(fā)明還具有如下技術(shù)特征：

1、如上所述的高分子聚合物多孔膜為聚酰胺類多孔膜、聚砜類多孔膜、聚烯烴類多孔膜、聚碳酸酯類多孔膜、聚酯類多孔膜或它們的衍生物多孔膜。

2、如上所述的高分子聚合物多孔膜的電解液吸收率大于30％。

3、如上所述的高分子聚合物多孔膜的孔徑為0.01～50微米，厚度為50-500微米。

4、如上所述的改性高分子聚合物多孔膜為氧化石墨烯改性的高分子聚合物多孔膜，將氧化石墨烯漿料通過(guò)浸漬、噴涂或刮涂方法直接涂覆在其表面，然后自然干燥。

5、如上所述防水透氣層為經(jīng)n2、ar或o2等離子體處理的聚四氟乙烯膜，與其它各層結(jié)合的一面經(jīng)等離子體處理，另一面則不進(jìn)行處理，其厚度為100～500微米。

本發(fā)明能夠有效抑制放電產(chǎn)物在空氣電極表面的累積，降低放電產(chǎn)物對(duì)空氣電極的毒化作用，進(jìn)而提高鋁空氣電池使用壽命；另一方面，還利于鋁空氣電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化以及成本的降低。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1的鋁空氣電池放電曲線。

圖2為實(shí)施例2所述鋁空氣電池放電曲線。

圖3為實(shí)施例3所述鋁空氣電池放電曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不局限如此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。

實(shí)施例1：

選擇厚度為50微米的聚丙烯膜作為聚合物多孔膜，然后依次和鎳網(wǎng)/催化劑層/防水透氣層結(jié)合制備空氣電極，記為1#。以鋁合金作為負(fù)極，電解液采用4mol/l的氫氧化鈉溶液，錫酸鈉作添加劑，組裝鋁空氣電池，100ma/cm²的電流密度下穩(wěn)定測(cè)試60h后擱置12h，然后再進(jìn)行放電，此時(shí)放電曲線如圖1所示。從中可以看出未加聚丙烯膜的空氣電極，其性能衰減很快。而加聚丙烯膜后的復(fù)合電極，其性能均能維持在一個(gè)較穩(wěn)定的電位內(nèi)，并沒(méi)有發(fā)生衰減。

實(shí)施例2：

選擇厚度為500微米的導(dǎo)電聚苯乙烯膜作為聚合物多孔膜，按照鎳網(wǎng)/導(dǎo)電聚苯乙烯膜/催化劑層/防水透氣層的結(jié)合順序，制備空氣電極(記為2#)。以鋁合金作為鋁空氣電池負(fù)極，電解液采用4mol/l的氫氧化鈉溶液，錫酸鈉作添加劑，組裝鋁空氣電池，50ma/cm²的電流密度下穩(wěn)定測(cè)試100h后擱置12h，然后再放電，其放電曲線如圖2所示。

實(shí)施例3：

選擇厚度為100微米的聚芳醚多孔膜作為聚合物多孔膜，按照高分子聚合物多孔膜)/催化劑層/多孔集流體/防水透氣層的順序制備空氣電極(記為3#)。采用鋁合金作為陽(yáng)極，電解液采用4mol/l的氫氧化鈉溶液，組裝鋁空氣電池，150ma/cm²的電流密度下穩(wěn)定測(cè)試50h后擱置12h，然后再進(jìn)行放電測(cè)試，結(jié)果如圖3所示。

實(shí)施例4

配置5mg/ml的氧化石墨烯水溶液，然后利用噴槍將石墨烯噴涂300微米厚的聚丙烯膜表面，自然干燥，得到氧化石墨烯改性的多孔膜。接著按照聚丙烯膜/鎳網(wǎng)/催化劑層/防水透氣層的結(jié)合順序制備空氣電極，并組裝鋁空氣電池進(jìn)行測(cè)試。其在150ma/cm²的電流密度下穩(wěn)定測(cè)試50h后擱置12h，然后再進(jìn)行放電測(cè)試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)該經(jīng)氧化石墨烯改性的聚丙烯膜制備的復(fù)合結(jié)構(gòu)空氣電極，在80h后，其放電電壓約為1.05v；而未經(jīng)改性的電極，放電平臺(tái)約0.658v。復(fù)合氧化石墨烯改性的聚丙烯膜的電極，性能得到進(jìn)一步提升。所述的高分子聚合物多孔膜的電解液吸收率大于30％。所述的高分子聚合物多孔膜的孔徑為0.01微米。

實(shí)施例5

配置3mg/ml的氧化石墨烯水溶液，然后利用噴槍將石墨烯噴涂在500微米厚的聚苯乙烯膜表面，自然干燥，得到氧化石墨烯改性的多孔膜。接著按照聚苯乙烯膜/鎳網(wǎng)/催化劑層/防水透氣層的結(jié)合順序制備空氣電極，并組裝鋁空氣電池進(jìn)行測(cè)試。其在120ma/cm²的電流密度下穩(wěn)定測(cè)試70h后擱置24h，而后以同樣的制度進(jìn)行放電。結(jié)果表明，復(fù)合結(jié)構(gòu)空氣電極鋁空氣電池在繼續(xù)放電70h后，其放電電壓約1.1v，而常規(guī)鋁空氣電池放電電壓已衰減至0.75v。所述的高分子聚合物多孔膜的電解液吸收率大于30％。所述的高分子聚合物多孔膜的孔徑為50微米。

實(shí)施例6

選擇厚度為200微米的聚砜多孔膜作為聚合物多孔膜，按照高分子聚合物多孔膜/催化劑層/多孔集流體/防水透氣層的順序制備空氣電極，其中防水透氣層為一面經(jīng)ar、n2或o2等離子體處理、另一面未經(jīng)處理的厚度為200微米聚四氟乙烯膜。然后以鋁合金陽(yáng)極作為對(duì)電極組裝鋁空氣電池，100ma/cm²的電流密度下穩(wěn)定測(cè)試50h后擱置12h，然后再進(jìn)行放電測(cè)試。30h后，復(fù)合結(jié)構(gòu)空氣電極鋁空氣電池放電電壓約1.18v，而基于常規(guī)空氣電極結(jié)構(gòu)的鋁空氣電池放電電壓已降至0.86v。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種鋁空氣電池空氣電極，包括多孔集流體、催化劑層及防水透氣層，其特征點(diǎn)是，還包括高分子聚合物多孔膜或其改性多孔膜，該電極按如下順序壓制而成：高分子聚合物多孔膜或其改性多孔膜/多孔集流體/催化劑層/防水透氣層，高分子聚合物多孔膜或其改性多孔膜/催化劑層/多孔集流體/防水透氣層，或多孔集流體/高分子聚合物多孔膜或其改性多孔膜/催化劑層/防水透氣層。本發(fā)明能夠有效抑制鋁電極放電產(chǎn)物對(duì)空氣電極的不利影響，進(jìn)而提高鋁空氣電池使用壽命；另一方面，還利于鋁空氣電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化以及成本的降低。

技術(shù)研發(fā)人員：高云智;錢正義;石堅(jiān);邱平達(dá);尹鴿平;杜春雨
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海漢行科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.21
技術(shù)公布日：2017.07.11