專利名稱：一種熱合工藝方法制作的鋅－空氣金屬燃料電池氧電極的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及鋅-空氣金屬燃料電池，屬于電化學技術領域也屬于電池制造技術領域。
背景技術：
鋅-空氣金屬燃料電池是當前電池領域中的最新技術，具有比能量高、工作電壓平穩(wěn)、原材料廉價易得等優(yōu)點，被稱為“面向21世紀的綠色能源”，廣泛應用于航海中的航標燈、無人觀測站、無線電中繼站、軍事設備、電力車輛、移動通訊設備等。
鋅-空氣金屬燃料電池是以電極電位較負的金屬鋅作負極，以空氣中的氧或純氧作正極活性物質，電解液一般采用堿性電解質水溶液。目前影響鋅-空氣金屬燃料電池進行工業(yè)化生產的關鍵技術是其氧電極的制備問題，氧電極是整個鋅-空氣金屬燃料電池關鍵所在，而氧電極性能受著制備工藝、防水透氣層的性能，催化劑制備與性能和集流體等多種因素的影響，所以對氧電極原材料成分的用量及成型工藝條件優(yōu)化，確定氧電極最佳制備工藝，以制備出電阻小、疏水性強、透氣性佳、壽命長的電極物質結構、低制造成本和機械強度高的氧電極，因此對氧電極性能研究生產對發(fā)展鋅-空氣金屬燃料電池具有重大意義。

發(fā)明內容
本實用新型的目的是提供一種熱合工藝方法制作的鋅-空氣金屬燃料電池氧電極具有高的真實比表面積、高的極限擴散電流密度，高的交換電流密度，電導率大，化學穩(wěn)定性好，電流分布均勻，保持反應區(qū)穩(wěn)定，高的機械強度，工作壽命長，適用溫度范圍寬和環(huán)保，原材料成本低。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案一種熱合工藝方法制作的鋅-空氣金屬燃料電池氧電極，其包括一防水透氣層和一催化層，防水粉料層和催化層之間夾置一集流體，三者用熱合工藝方法一體成型。
所述的集流體采用泡沫鎳或鎳網、鍍銀銅網、不銹鋼網和泡沫銅材質制成。
所述的防水透氣層原材料由乙炔黑、活性炭、石墨、聚乙烯、聚苯乙烯、氟樹脂配以煤油或汽油溶劑經熱合工藝制成。
所述的催化層原材料由硝酸銀、硝酸錳、硝酸鑭、硝酸銅、硝酸鐵、硝酸鎳、硝酸鈷、硝酸銨、硝酸鉍、碳酸氫銨、0P(辛烷基酚聚氧乙烯醚)和聚四氟乙烯的部分或全部原材料組合后經熱合工藝制成。
所述的氧電極厚度為1毫米-5毫米。
所述的氧電極催化層厚度為0.10～0.20毫米。
本實用新型熱合工藝方法制作的鋅-空氣金屬燃料電池氧電極優(yōu)點是1、真實比表面高；2、具有高的極限擴散電流密度；3、由于采用高活性能電催化劑，使其具有高的交換電流密度；4、該熱合工藝方法制作的鋅-空氣金屬燃料電池氧電極電導率大、電流分布均勻；化學穩(wěn)定性好，能保持反應區(qū)的穩(wěn)定；且機械強度好，工作壽命長，使用溫度范圍寬；即環(huán)保又原材料成本低廉。


圖1為本實用新型鋅-空氣金屬燃料電池氧電極結構示意圖(主視)圖2為本實用新型鋅-空氣金屬燃料電池氧電極結構示意圖(俯視)具體實施方式
如圖1、圖2所示，本實用新型熱合工藝方法制作的鋅-空氣金屬燃料電池氧電極包括一防水透氣層1和一催化層2，中間放置有一集流體3，三者可用熱合工藝方法將三體成型，4為空氣引出極。
所述的集流體可采用不同材料，如泡沫鎳、鎳網、鍍銀銅網、不銹鋼網和泡沫銅等。
所述的防水透氣層原材料由乙炔黑、活性炭、石墨、聚乙烯、聚苯乙烯、氟樹脂配以煤油或汽油溶劑經熱合工藝制成。
所述的催化層原材料由硝酸銀、硝酸錳、硝酸鑭、硝酸銅、硝酸鐵、硝酸鎳、硝酸鈷、硝酸銨、硝酸鉍、碳酸氫銨、OP(辛烷基酚聚氧乙烯醚)和聚四氟乙烯的部分或全部原材料組合后經熱合工藝制成。
上述熱合工藝方法制作的鋅一空氣金屬燃料電池氧電極工作原理(在堿性溶液)
O2+2H2O+4e→4OH-此反應是在堿性溶液中，氧電極還原反應的總的表達式，要是考慮到實際氣相中氧必須首先溶解入溶液，再在電極表面進行化學吸附后才進行電極反應，則它的反應過程復雜得多，目前世界上正在研究探索，沒有統(tǒng)一結論，可以簡單地表示為
所述氧電極熱合工藝制作的過程1、防水透氣層(粉料)制備將炭粉加入10-50％聚乙烯或聚苯乙烯，再入溶劑汽油或煤油中，緩慢加熱，不斷攪拌，使聚乙烯或聚苯烯溶于溶劑內，成粘稠溶液。加熱至130℃-160℃時停止加熱，將流動狀的粉料倒搪盤內，吹風冷卻，擠出多于溶劑，研磨，過30-60目篩。
2、催化層制備將硝酸銀、硝酸銅、硝酸鐵、硝酸錳等(6％-50％)溶于蒸餾水中，將活性碳、石墨、乙炔黑等按(50％-94％)，逐漸加入活化液中，充分攪拌使炭粉均勻吸收活化液，然后再60℃-80℃下烘干，將干燥的碳粉用玻璃絲布包好，放在鐵盒內，周圍用粗活性碳掩蓋，于馬伏爐加熱至240℃-400℃，保溫1-3小時，在自然冷卻至室溫，過100目篩。按聚四氟乙烯(10％-30％)加入碳粉中，再加入一定量蒸餾水，充分攪拌均勻，用滾膜機進行滾壓(滾膜機溫度60℃-80℃)，壓制成0.10毫米-0.20毫米膜。
3、氧電極成型將催化層和防水透氣層(粉料)，分層鋪到模具中熱后成型。采用泡沫鎳或鍍銀銅網作集流體，置于防水透氣層(粉料)中。熱合的條件溫度130℃-190℃，壓力保持200公斤/厘米-500公斤/厘米，氧電極厚度，隨著具體類型不同約在1毫米-5毫米左右，用甲苯或丙酮萃取煤油或汽油，80℃-100℃烘干。
本實用新型鋅-空氣金屬燃料電池氧電極，制造工藝簡單可靠，結構設計合理，成本低，適合批量生產。
本實用新型鋅-空氣金屬與燃料電池氧電極可用于多種用途的鋅-空氣金屬燃料電池上，具有重要的經濟和社會效益。
權利要求1.一種熱合工藝方法制作的鋅—空氣金屬燃料電池氧電極，其特征在于包括一防水透氣層和一催化層，防水粉料層和催化層之間夾置一集流體，三者用熱合工藝方法一體成型。
2.根據(jù)權利要求1所述的熱合工藝方法制作的鋅—空氣金屬燃料電池氧電極，其特征在于所述的集流體為泡沫鎳或鎳網、鍍銀銅網、不銹鋼網和泡沫銅材質制成的集流體層。
3.根據(jù)權利要求1所述的熱合工藝方法制作的鋅—空氣金屬燃料電池氧電極，其特征在于所述的氧電極厚度為1毫米-5毫米。
4.根據(jù)權利要求1所述的熱合工藝方法制作的鋅—空氣金屬燃料電池氧電極，其特征在于所述的氧電極催化層厚度為0.10～0.20毫米。
專利摘要本實用新型公開一種熱合工藝方法制作的鋅—空氣金屬燃料電池氧電極，其包括一防水透氣層和一催化層，防水粉料層和催化層之間夾置一集流體，三者用熱合工藝方法一體成型。所述的集流體采用泡沫鎳或鎳網、鍍銀銅網、不銹鋼網和泡沫銅材質制成；防水透氣層原材料由乙炔黑、活性炭、石墨、聚乙烯、聚苯乙烯、氟樹脂配以煤油或汽油溶劑經熱合工藝制成；催化層原材料由硝酸銀、硝酸錳、硝酸鑭、硝酸銅、硝酸鐵、硝酸鎳、硝酸鈷、硝酸銨、硝酸鉍、碳酸氫銨、辛烷基酚聚氧乙烯醚和聚四氟乙烯的部分或全部原材料組合后經熱合工藝制成。
文檔編號H01M12/06GK2932636SQ20062000467
公開日2007年8月8日 申請日期2006年4月11日 優(yōu)先權日2006年4月11日
發(fā)明者周利民, 周躍民, 王艷境, 劉偉春, 王菁迅 申請人:北京長力聯(lián)合能源技術有限公司