一种锌/空气电池用锌电极及其制备制造技术

一种锌/空气电池用锌电极，包括中间压合有集流体的板状锌电极；所述板状锌电极中具有多孔结构，所述板状锌电极的孔隙率为30％-85％；所述板状锌电极中的孔的孔径为0.1-200μm。所述锌电极中含有掺杂金属，所述掺杂金属为In、Bi、Al、Ca、Fe、Cu中一种或两种以上的混合物或合金，所述掺杂金属占锌与掺杂金属总质量的1％-5％。所述锌电极的制备方法，包括加入氯化钠、氯化钾、聚甲基丙烯酸甲酯、氟硼酸钾等造孔剂的膏体的制备和板状锌电极的烧结制备。与现有技术相比，本发明专利技术所述一种锌/空气电池用锌电极，显著增强电极机械强度，提高锌阳极高比功率放电能力。

【技术实现步骤摘要】
一种锌/空气电池用锌电极及其制备
本专利技术涉及锌/空气电池
，尤其涉及锌/空气电池用锌电极。
技术介绍
锌/空气电池是一种以金属锌作为阳极活性物质，空气中氧气作为阴极活性物质，碱性氢氧化钾溶液为电解质溶液的电化学反应装置。锌/空气电池具有比能量高、价格低廉、绿色环保、安全性高等众多优点。锌具有一系列优良性能，包括低平衡电位、电化学可逆性、水溶液中的稳定性、较佳传导率、低成本等众多优点。锌电极是锌/空气电池的核心部件之一。锌电极极易钝化，在电极表面形成抑制层而由活性状态转化为非活性状态，降低电极大电流放电能力。针对现有技术的不足，本专利技术所述一种锌/空气电池用锌电极，提高电极大电流放电能力，并显著增强电极机械强度。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，采用以下具体方案来实现：一种锌/空气电池用锌电极，其为中间压合有集流体的板状锌电极；所述板状锌电极的锌电极材料中具有多孔结构，所述板状锌电极的孔隙率为30-85％；所述板状锌电极中的孔的孔径为0.1-200μm。孔隙率过大，电极机械强度不佳，电子电导降低，孔隙率过小，电极放电性能不佳。所述集流体为金属网或金属片中一种或两种以上，所述金属为铜、镍、银中一种或两种以上的合金。所述锌电极材料中含有掺杂金属，所述掺杂金属为In、Bi、Al、Ca、Fe、Cu中一种或两种以上的混合物或合金，所述掺杂金属占锌与掺杂金属总质量的1％-5％。所述金属网为拉伸金属网、冲孔金属网、泡沫金属网、编织金属网中的一种。所述板状锌电极的厚度cm与板面面积cm2的比为1:20-1:5，集流体处于锌电极材料中。所述锌电极的制备方法，包括以下步骤，(1)锌粉预处理：将锌粉在浓度为0.001-5mol/L的助熔剂中浸渍3-10min，在真空条件下，温度30-100℃条件下烘干5-30min；(2)膏体的制备：将锌粉材料与造孔剂以质量比1:5-4:5混合，于混合物中加入锌粉材料质量1-6倍的分散剂，以及1％-10％锌粉材料质量的助熔剂，搅拌至混合物为粘稠状，即得膏体；锌粉材料为锌粉或含有掺杂金属粉末的锌粉；(3)板状锌电极的制备：将步骤(2)所得膏体一部分填充于一板状模具底部，于已填充有部分膏体的模具中置入一集流体，进一步将步骤(2)所得膏体其余部分置于所述模具中压合；将填充满膏体的模具置于一高温设备中进行高温烧结；将烧结后的压合有集流体的膏体从所述模具中取出，得板状锌电极；(4)板状锌电极的后处理：将步骤(3)所得板状锌电极于去离子水中浸渍0.5-3h去除造孔剂。造孔剂在电极烧结过程中起到一定的占位作用，在电极烧结过程中或烧结成型后易于从电极中去除。步骤(1)所述锌粉的粒径为150-200目；步骤(2)所述造孔剂为氯化钠、氯化钾、聚甲基丙烯酸甲酯、氟硼酸钾中的一种或两种；所述分散剂为醋酸、乙醇、去离子水中的一种或两种以上的混合液；所述助熔剂为盐酸、醋酸、氯化铵中的一种；所述掺杂金属粉末粒径范围为40-600μm。锌粉粒径过大，电极易发生钝化，锌粉粒径过小，电极易腐蚀析氢。步骤(3)所述集流体为金属网或金属片，所述金属为铜、镍、银中一种或两种以上的合金；所述金属网为拉伸金属网、冲孔金属网、泡沫金属网、编织金属网中的一种。步骤(2)所述搅拌速度为200-1000rpm；步骤(3)所述高温烧结的温度为420℃-700℃,处理气氛为氮气条件；烘干时间为10-60min；所述压合压力为1-20MPa，压合时间为3-10min。搅拌速度过大或过小起不到均匀分散作用，烧结温度过低锌粉松散、无法粘接成一体，烧结温度过高，锌粉熔接成整体，孔隙分布不均匀。步骤(2)所述锌粉中含有掺杂金属所述掺杂金属为In、Bi、Al、Ca、Fe、Cu中一种或两种以上的混合物或合金，所述掺杂金属占锌与掺杂金属总质量的1％-5％。与现有技术相比，本专利技术所述锌/空气电池用锌阳极具有以下优点：电极烧结成型后将造孔剂去除获得了孔隙率较高、孔隙分布均匀、孔结构可控的锌电极，提高了大电流放电能力，有效抑制电极钝化。在高于锌粉熔点的温度下烧结，使得锌粉充分熔接成一体，电极机械强度显著增强。附图说明图1以本专利技术所述的锌电极作为阳极的锌/空气电池恒流放电曲线图。锌空气电池中空气阴极由扩散层、铜集流体、催化层组成，其中扩散层由质量80％活性炭与20％PTFE组成，催化层由质量20％的质量担载量为10％Ag-MnOx(X＝1-2)催化剂、70％活性炭与10％PTFE组成，电解液为7mol/LKOH溶液。从图中可以看出，以本专利技术所制备的锌电极为阳极的锌/空气电池放电电压在1.0V以上，放电电流在15A至15.7A之间。具体实施方式为进一步说明本专利技术，列举以下实施例，但本专利技术不限于下述实施例。实施例1：称取200克锌粉，在浓度为5mol/L的氯化铵溶液中浸渍10min，将锌粉取出，在30℃条件下真空烘干30min，将锌粉经200目分样筛筛分，将造孔剂经200目分样筛筛分，将上述筛分后的锌粉与氯化钠粉体混合后加入300ml的去离子水，再加入6g氯化铵，在200rpm转速下搅拌，搅拌时间为30min后，混合物成粘稠状，将上述粉体均匀填装于模具中，将铜网嵌入其中，经10MPa压合3min，将上述粉体在氮气保护气氛下，600℃高温烧结20min，将烧结后的电极在去离子水中浸渍2h将造孔剂去除，即制备成多孔锌电极。锌电极由中间集流体与两侧烧结成型的金属网状结构组成。所述锌/空气电池中，空气阴极由扩散层、铜集流体、催化层组成，其中扩散层由质量80％活性炭与20％PTFE组成，催化层由质量20％的质量担载量为10％Ag-MnOx(X＝1-2)催化剂,70％活性炭与10％PTFE组成，电解液为7mol/LKOH溶液，以本专利技术所述的锌电极为阳极，进行恒流放电曲线测试。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锌/空气电池用锌电极，其特征在于：其为中间压合有集流体的板状锌电极；所述板状锌电极的锌电极材料中具有多孔结构，所述板状锌电极的孔隙率为30‑85％；所述板状锌电极中的孔的孔径为0.1‑200μm。

【技术特征摘要】
1.一种锌/空气电池用锌电极，其特征在于：其为中间压合有集流体的板状锌电极；所述板状锌电极的锌电极材料中具有多孔结构，所述板状锌电极的孔隙率为30-85％；所述板状锌电极中的孔的孔径为0.1-200μm。2.如权利要求1所述锌电极，其特征在于：所述集流体为金属网或金属片中一种或两种以上，所述金属为铜、镍、银中一种或两种以上的合金。3.如权利要求1所述锌电极，其特征在于：所述锌电极材料中含有掺杂金属，所述掺杂金属为In、Bi、Al、Ca、Fe、Cu中一种或两种以上的混合物或合金，所述掺杂金属占锌与掺杂金属总质量的1％-5％。4.如权利要求2所述锌电极，其特征在于：所述金属网为拉伸金属网、冲孔金属网、泡沫金属网、编织金属网中的一种。5.如权利要求1所述锌电极，其特征在于：所述板状锌电极的厚度与板面面积的比为1:20-1:5，集流体处于锌电极材料中。6.一种权利要求1-5任一所述锌电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，(1)锌粉预处理：将锌粉在浓度为0.001-5mol/L的助熔剂中浸渍3-10min，在真空条件下，温度30-100℃条件下烘干5-30min；(2)膏体的制备：将锌粉材料与造孔剂以质量比1:5-4:5混合，于混合物中加入锌粉材料质量1-6倍的分散剂，以及1％-10％锌粉材料质量的助熔剂，搅拌至混合物为粘稠状，即得膏体；锌粉材料为锌粉或含有掺杂金属粉末的锌粉；(3)板状锌电极的制备：将步骤(2)所得膏体一部分填充于一板状模具底部，于已填...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙公权，齐鹭汀，王二东，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21