一種二氧化錳碳基鍍銀的鋁空電池空氣電極及其制備方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋁空氣電池制備技術(shù)領域，具體涉及一種二氧化錳碳基鍍銀的鋁空電 池空氣電極及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋁-空氣電池是一種新型的具高能量的化學電源，該類電池具備能量密度大、壽 命長、可靠性高、無污染、材料來源廣泛、質(zhì)量輕等眾多優(yōu)點，一直是國內(nèi)外研究的焦點之 一。鋁-空氣電池以氧氣作為正極活性物質(zhì)，以一定成份的鋁合金作為負極活性物質(zhì)?？?氣電極催化劑的不斷發(fā)展對金屬-空氣電池的發(fā)展起著極大的推動作用，因此催化劑材料 的研究制備顯得尤為重要。
[0003] 鋁-空氣電池具有非常穩(wěn)定的放電電壓和較高的瞬時輸出功率等眾多優(yōu)點，因而 在各種水下電源、便攜式電源、備用電源中已經(jīng)有較為廣泛的應用。另外，一次鋁-空氣電 池具有使用壽命較長的優(yōu)點，因此在合理價格范圍內(nèi)，也將會大量被用到移動通訊設備中 去。鋁-空氣電池符合電池行業(yè)的社會需求和發(fā)展趨勢，其應用范圍也將會延伸到各種社 會領域中去。發(fā)展此類電池需解決的關鍵性問題之一就是要開發(fā)出廉價且高效的氧還原反 應催化劑，從而提升電池的功率和放電電流及降低電池生產(chǎn)成本。
[0004] 氧電極的氧還原反應過程十分復雜，通?？諝怆姌O催化劑的電催化過程大致可分 為氧還原和過氧化氫分解這兩個階段，然而有時候不同的反應階段對催化界面的需求不 同，甚至是存在矛盾的。使用混合催化劑可以非常有效地抑制陰極極化，使得每個反應階段 均可以在對其有利的反應界面上進行。錳氧化物具有氧還原和過氧化氫分解活性，而且制 備工藝相對較簡單、原料價格低廉。金屬銀粉具有活潑的化學性質(zhì)，而無定形電積粉末形態(tài) 的銀比表面積大，催化活性高，與碳基二氧化錳配合，非常適合于作空氣電極的催化劑，能 有效提高鋁空電池的電流密度。
[0005] 本發(fā)明主要圍繞氧還原空氣電極的制備，開發(fā)出一種經(jīng)濟實用、電化學性能優(yōu)良 的二氧化錳-碳銀基空氣電極，從而在整體上使鋁空氣電池的成本下降，對鋁空氣電池的 產(chǎn)業(yè)化推廣有一定的重要參考價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明對二氧化錳-碳銀基空氣電極的制備工藝進行了深入研究，首次提出了二 氧化錳_碳基電積銀的制備工藝方法，目的在于提供一種廉價且高效的空氣電極的制備方 法。
[0007] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下： 一種二氧化錳碳基鍍銀的鋁空電池空氣電極的制備方法，包括如下步驟： 步驟（1 )，將二氧化錳粉、納米碳及粘接劑PTFE(聚四氟乙烯)按質(zhì)量比為5-7:2-4:3-5 進行混合，混合均勻后，加入乙醇，加入量為二氧化錳粉與納米碳總質(zhì)量的3-6倍，加入后 在超聲波條件下進行攪拌分散反應，得到混合物料； 步驟（2)，對步驟（1)得到的混合物料進行壓制，壓制成二氧化錳-碳薄片，乙醇回收利 用，可重新用于步驟（1)的攪拌混合中； 步驟（3)，將硝酸銀和焦亞硫酸鉀分別溶于蒸餾水中，在不斷攪拌下進行混合，混合液 中硝酸銀濃度30-60g/L，焦亞硫酸鉀濃度20-50g/L;混合均勻后加入硫代硫酸鈉，加入量 為150-230g/L,混合均勻后作為電解液用； 步驟（4)，將步驟（2)得到的二氧化錳-碳薄片作為陰極，不銹鋼板作為陽極，將它們放 入步驟（3)得到的電解液中進行電積； 步驟（5)，電積反應結(jié)束后，在陰極二氧化猛-碳薄片表面均勻分布一層0. 05-0. 1mm的 銀，即二氧化錳-碳銀基電極，然后將其放入干燥箱干燥，即制得二氧化錳碳基鍍銀的鋁空 電池空氣電極；電積后液配入相應的成分后返回電積工序。
[0008] 本發(fā)明技術(shù)方案中，步驟（1)所述二氧化錳粉、納米碳及粘接劑PTFE在玻璃容器 中進行混合，混合時間為30-60min。
[0009] 本發(fā)明技術(shù)方案中，步驟（1)所述的在超聲波條件下進行攪拌分散反應時，超聲波 強度為20-80w/cm 2,反應時間為30-70min。
[0010] 本發(fā)明技術(shù)方案中，步驟（2)所述的二氧化錳-碳薄片的厚度為0.5-3mm，長為 150_500mm，寬為 100-300mm。
[0011] 本發(fā)明技術(shù)方案中，于步驟（4)所述的電積時控制電壓為3-10V，電流密度為 100_300mA ? cm2,電積時間為 10_50min。
[0012] 進一步，優(yōu)選的是所述的二氧化錳碳基鍍銀的鋁空電池空氣電極的制備方法，包 括如下步驟： 步驟（1 )，將粒度為50um的二氧化錳粉、納米碳及粘接劑PTFE按質(zhì)量比為5:2:3在玻 璃容器中進行混合，混合時間為40min后，加入乙醇，加入量為二氧化錳粉與納米碳總質(zhì)量 的4倍，加入后在超聲波條件下進行攪拌分散反應，反應時超聲波強度為20w/cm 2,反應時間 為30min，得到混合物料； 步驟（2)，對步驟（1)得到的混合物料進行壓制，壓制成二氧化錳-碳薄片，其厚度為 0. 5mm,長為 150mm，寬為 100mm ; 步驟（3)，將硝酸銀和焦亞硫酸鉀分別溶于蒸餾水中，在不斷攪拌下進行混合，混合液 中硝酸銀濃度30g/L，焦亞硫酸鉀濃度20g/L;混合均勻后加入硫代硫酸鈉，加入量為150g/ L,混合均勻后作為電解液用； 步驟（4)，將步驟（2)得到的二氧化錳-碳薄片作為陰極，不銹鋼板作為陽極，將它們放 入步驟（3)得到的電解液中進行電積，電積時控制電壓為3V，電流密度為100mA ?cnT2,電積 時間為l〇min ; 步驟（5)，電積反應結(jié)束后，在陰極二氧化錳-碳薄片表面均勻分布一層0. 05mm的銀， 然后將其放入干燥箱干燥，即制得二氧化錳碳基鍍銀的鋁空電池空氣電極。
[0013] 進一步，優(yōu)選的是所述的二氧化錳碳基鍍銀的鋁空電池空氣電極的制備方法，包 括如下步驟： 步驟（1)，將粒度為70um的二氧化錳粉、納米碳及粘接劑PTFE按質(zhì)量比為6:3:3在玻 璃容器中進行混合，混合時間為45min后，加入乙醇，加入量為二氧化錳粉與納米碳總質(zhì)量 的3倍，加入后在超聲波條件下進行攪拌分散反應，反應時超聲波強度為30w/cm 2,反應時間 為40min，得到混合物料； 步驟（2)，對步驟（1)得到的混合物料進行壓制，壓制成二氧化錳-碳薄片，其厚度為 1謹，長為18Ctam，寬為12Ctam ; 步驟（3)，將硝酸銀和焦亞硫酸鉀分別溶于蒸餾水中，在不斷攪拌下進行混合，混合液 中硝酸銀濃度40g/L，焦亞硫酸鉀濃度30g/L;混合均勻后加入硫代硫酸鈉，加入量為160g/ L,混合均勻后作為電解液用； 步驟（4)，將步驟（2)得到的二氧化錳-碳薄片作為陰極，不銹鋼板作為陽極，將它們放 入步驟（3)得到的電解液中進行電積，電積時控制電壓為3V，電流密度為120mA ?cnT2,電積 時間為20min ; 步驟（5)，電積反應結(jié)束后，在陰極二氧化錳-碳薄片表面均勻分布一層0. 06mm的銀， 然后將其放入干燥箱干燥，即制得二氧化錳碳基鍍銀的鋁空電池空氣電極。
[0014] 進一步，優(yōu)選的是所述的二氧化錳碳基鍍銀的鋁空電池空氣電極的制備方法，包 括如下步驟： 步驟（1 )，將粒度為80um的二氧化錳粉、納米碳及粘接劑PTFE按質(zhì)量比為6:2:3在玻 璃容器中進行混合，混合時間為50min后，加入乙醇，加入量為二氧化錳粉與納米碳總質(zhì)量 的4. 5倍，加入后在超聲波條件下進行攪拌分散反應，反應時超聲波強度為45w/cm2,反應時 間為45min，得到混合物料； 步驟（2)，對步驟（1)得到的混合物料進行壓制，壓制成二氧化錳-碳薄片，其厚度為 2謹，長為19Ctam,寬為13Ctam ; 步驟（3)，將硝酸銀和焦亞硫酸鉀分別溶于蒸餾水中，在不斷攪拌下進行混合，混合液 中硝酸銀濃度45g/L，焦亞硫酸鉀濃度40g/L;混合均勻后加入硫代硫酸鈉，加入量為165g/ L,混合均勻后作為電解液用； 步驟（4)，將步驟（2)得到的二氧化錳-碳薄片作為陰極，不銹鋼板作為陽極，將它們放 入步驟（3)得到的電解液中進行電積，電積時控制電壓為3V，電流密度為130mA ?cnT2,電積 時間為30min ; 步驟（5)，電積反應結(jié)束后，在陰極二氧化錳-碳薄片表面均勻分布一層0. 08mm的銀， 然后將其放入干燥箱干燥，即制得二氧化錳碳基鍍銀的鋁空電池空氣電極。
[0015] 進一步，優(yōu)選的是所述的二氧化錳碳基鍍銀的鋁空電池空氣電極的制備方法，包 括如下步驟： 步驟（1 )，將粒度為80um的二氧化錳粉、納米碳及粘接劑PTFE按質(zhì)量比為7: 4:5在玻 璃容器中進行混合，混合時間為60min后，加入乙醇，加入量為二氧化錳粉與納米碳總質(zhì)量 的6倍，加入后在超聲波條件下進行攪拌分散反應，反應時超聲波強度為80w/cm 2,反應時間 為70min，得到混合物料； 步驟（2)，對步驟（1)得到的混合物料進行壓制，壓制成二氧化錳-碳薄片，其厚度為 3mm,長為 500mm,寬為 300mm ; 步驟（3)，將硝酸銀和焦亞硫酸鉀分別溶于蒸餾水中，在不斷攪拌下進行混合，混合液 中硝酸銀濃度60g/L，焦亞硫酸鉀濃度50g/L;混合均勻后加入硫代硫酸鈉，加入量為230g/ L,混合均勻后作為電解液用； 步驟（4)，將步驟（2)得到的二氧化錳-碳薄片作為陰極，不銹鋼板作為陽極，將它們放 入步驟（3)得到的電解液中進行電積，電積時控制電壓為10V，電流密度為300mA ? cnT2,電 積時間為50min ; 步驟（5)，電積反應結(jié)束后，在陰極二氧化錳-碳薄片表面均勻分布一層0. 1mm的銀，然 后將其放入干燥箱干燥，即制得二氧化錳碳基鍍銀的鋁空電池空氣電極。
[0016] 進一步，優(yōu)選的是所述的二氧化錳碳基鍍銀的鋁空電池空氣電極的制備方法，包 括如下步驟： 步驟（1 )，將粒度為80um的二氧化錳粉、納米碳及粘接劑PTFE按質(zhì)量比為5:3:4在玻 璃容器中進行混合，混合時間為55min后，加入乙醇，加入量為二氧化錳粉與納米碳總質(zhì)量 的5倍，加入后在超聲波條件下進行攪拌分散反應，反應時超聲波強度為60w/cm 2,反應時間 為60min，得到混合物料； 步驟（2)，對步驟（1)得到的混合物料進行壓制，壓制成二氧化錳-碳薄片，其厚度為 2. 2mm，長為 400mm，寬為 250_ ； 步驟（3)，將硝酸銀和焦亞硫酸鉀分別溶于蒸餾水中，在不斷攪拌下進行混合，混合液 中硝酸銀濃度52g/L，焦亞硫酸鉀濃度38g/L ;混合均勻后加入硫代硫酸鈉，加入量為200g/ L,混合均勻后作為電解液用； 步驟（4)，將步驟（2)得到的二氧化錳-碳薄片作為陰極，不銹鋼板作為陽極，將它們放 入步驟（3)得到的電解液中進行電積，電積時控制電壓為6V，電流密度為230mA ?cnT2,電積 時間為45min ; 步驟（5)，電積反應結(jié)束后，在陰極二氧化錳-碳薄片表面均勻分布一層0. 07mm的銀， 然后將其放入干燥箱干燥，即制得二氧化錳碳基鍍銀的鋁空電池空氣電極。
[0017] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果為： (1) 本發(fā)明首次提出了二氧化錳碳基鍍銀的鋁空電池空氣電極的制備方法，制得的空 氣電極具有導電性好，催化效率高