[发明专利]一种铝空气电池空气电极结构

说明书

技术领域

本发明属于化学电源制备技术领域，具体涉及一种铝空气电池空气电极结构。

背景技术

铝空气电池是以氧气作为正极活性物质，铝作为负极，以中性或者碱性溶液作为电解质，其比能量理论上可高达8100Wh/kg，远高于其它种类的化学电源。铝空气电池放电产物为氢氧化铝，其会向正极和负极表面扩散沉积，进而导致电极过早发生钝化。尤其对于空气电极而言，氢氧化铝产物的沉积一方面会导致催化活性位点被覆盖，另一方面会导致空气电极微观孔结构的变化，使空气电极寿命急剧衰减。为了解决上述问题，许多研究者提出了一些相应的方案：例如增加电解液循环过滤系统，及时将产物清除掉。但在实际应用过程中，很多时候由于并不能及时地把放电产物沉淀并过滤掉，仍会导致放电产物在空气电极表面及内部的扩散累积，造成空气电极性能衰减。除此之外，还有研究者提出其它的方案，例如专利文献1(CN103329342A)提出将碱性阴离子交换膜放在铝空气电池正负极之间，确实能够在一定程度上抑制放电产物向正极的迁移。但由于所用阴离子交换膜透水通量特别小，只能在正负极两侧分别注入电解液，将电池人为分成两个电解液室，而且两电解液室不能有连通孔道，否则便起不到抑制产物扩散的作用，使电池结构变得更为复杂。

发明内容

针对上述问题，本发明目的在于提供一种铝空气电池空气电极结构，其能够有效抑制铝电极放电产物对空气电极的不利影响，进而提高铝空气电池使用寿命；另一方面，使用该种结构的铝空气电池易于简化设计，进一步降低成本。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种铝空气电池空气电极结构，包括催化层、集流体、气体扩散层和防水透气层，在所述的催化层靠近电解液一侧的外面覆有高分子聚合物阴离子交换树脂层。

本发明还具有如下技术特征：

1、如上所述的高分子聚合物阴离子交换树脂层厚度为0.1～50微米。

2、所述的高分子聚合物阴离子交换树脂层厚度为2～10微米。

3、如上高分子聚合物阴离子交换树脂占催化层的质量百分数为1.0～40.0％。

4、如上所述的一种铝空气电池空气电极结构的制备方法，如下：利用喷涂、刷涂，然后加热固化在催化层表面形成一层高分子聚合物阴离子交换树脂膜，加热固化温度为30-150℃，时间为3-12小时。

5、如上各层结构按以下顺序排列：催化层/集流体/气体扩散层/防水透气层；催化层/气体扩散层/集流体/防水透气层；或者集流体/催化层/气体扩散层/防水透气层。

6、如上所述的催化层中含有质量百分数0.1～10.0％的SiO₂或Al₂O₃纳米颗粒。

7、如上所述的催化剂层还含有导电剂、催化剂和聚四氟乙烯粘结剂，其中所述的导电剂为活性碳和科琴黑，质量百分含量为30％～70％；催化剂为银或二氧化锰，质量百分含量为10％～50％；聚四氟乙烯粘结剂，质量百分含量为10％～40％。

8、如上所述的高分子聚合物阴离子交换树脂为自苯乙烯类树脂、苯丙烯类树脂、丙烯酸类树脂、聚酰胺类树脂、聚砜类树脂、聚烯烃类树脂、聚醚类树脂、聚酮类树脂、聚碳酸酯或聚酯类的季胺化改性物树脂，及上述物种的混合物

或者加入其它官能团使其具有离子交换性能的衍生物树脂。

9、如上所述的纳米颗粒粒径为0.01～20微米。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

(1)空气电极表面的高分子聚合物阴离子交换树脂层能够有效阻挡放电产物向空气电极内部的扩散，显著提高铝空气电池的寿命。

(2)通过在空气电极催化层内加入一定量的阴离子交换组分，可有效促进OH^-的传输，由于阴离子交换组分均匀地覆盖在催化剂表面，可最大限度降低活性位点被放电产物覆盖的几率。

(3)由于采用的是厚度较小的阴离子交换组分，其并不会显著阻碍电解液的扩散，降低电解液在空气电极表面的润湿情况，使得电极反应能够持续进行。

附图说明

图1为铝空气电池单体电压-时间曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限如此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

实施例1