[发明专利]一种用于金属空气电池阴极的催化剂层以及金属空气电池

说明书

本发明提供了一种用于金属空气电池阴极的催化剂层以及金属空气电池，其中，用于金属空气电池阴极的催化剂层由形状记忆聚合物基底和负载于基底上的催化剂薄膜组成；形状记忆聚合物基底处于具有1％‑40％的预设拉伸形变量或收缩形变量的状态；此时，所述催化剂薄膜处于被赋予1％‑8％的压应变或拉应变的状态。本发明提供的方案利用形状记忆聚合物的形状记忆效应和超弹性，在特定条件的触发下产生预设的拉应变或压应变，从而带动催化剂薄膜材料中原子间距发生特定改变，进而方便地调节催化剂薄膜的活性。该方法采用的调控手段简单易行，能够适应大规模生产应用的要求，为空气电池性的商业化应用提供了新的途径。

技术领域

本发明属于空气电池技术领域，具体涉及一种用于空气电池阴极的催化剂层以及制得的空气电池。

背景技术

金属空气电池(MAB)是一类特殊的燃料电池，也是新一代绿色二次电池的代表之一，具有成本低、无毒、无污染、比功率高、比能量高等优点，既有丰富的资源，还能再生利用，而且比氢燃料电池结构简单，是很有发展前景的新能源。

目前，对于金属空气电池的研究主要集中在开发高性能氧还原催化剂方面，但是，催化剂性能的提高往往依赖更多贵金属的使用以及更复杂的制备工艺，而这些都不可避免地提高了金属空气电池的成本，一定程度上限制了大规模应用的推进。为此，从调控手段出发，寻找改善金属空气电池性能的便捷途径是非常有实际应用意义。

现有的调控方法中，为了改变原子间距而调节材料的电学、光学、磁学、催化等物理和化学特性，技术人员通常采用晶格错配或者掺杂等方法实现材料的弹性应变工程。例如，在半导体领域通过晶格错配可以使硅中载流子迁移率提高50％，Pt-Cu二元合金纳米粒子由于晶格错配产生的应变可以提高其催化活性，TiO₂材料通过其它元素掺杂提供内应力等提高催化活性。但是，这些方法大多制备困难，成本高昂，变形量比较小且难于控制，因此实际应用中限制因素较多，也难以在改善金属空气电池性能方面获得商业化的推广应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于金属空气电池阴极的催化剂层。

本发明的另一目的是提供上述用于金属空气电池阴极的催化剂层的制备方法。

本发明的又一目的是提供一种金属空气电池阴极。

本发明的又一目的是提供一种可调节正极氧气吸收量的金属空气电池。

为达到上述目的，本发明提供了一种用于金属空气电池阴极的催化剂层，其中，所述催化剂层由形状记忆聚合物基底和负载于基底上的催化剂薄膜组成；所述形状记忆聚合物基底处于具有1％-40％的预设拉伸形变量或收缩形变量的状态；此时，所述催化剂薄膜处于被赋予1％-8％的压应变或拉应变的状态。

本发明提供的方案特别地利用形状记忆聚合物的形状记忆效应和超弹性，在特定条件的触发下产生预设的拉应变或压应变(如加热、光照、通电或者改变酸碱度等)，从而改变表面催化剂薄膜的d带中心。可见，本发明方法采用的调控手段简单易行，能够适应大规模生产应用的要求，为空气电池性的商业化应用提供了新的途径，同时，也为催化剂薄膜材料的功能化改进提供了一种新思路和新方法。

在上述用于金属空气电池阴极的催化剂层中，形状记忆聚合物基底可以依照本领域常规的操作预设或触发拉伸形变量或收缩形变量，而催化剂的应变量大小依赖形状记忆聚合物基底形变量的大小。本领域中可形成薄膜的催化剂，但最好能尽量选取可承受较大形变量的催化剂薄膜。催化剂可以以常规的方式(涂覆、旋涂、磁控溅射等)在具有预设形变的形状记忆聚合物基底上形成催化剂薄膜；但是，具体实施时，需要避免成膜过程中触发形状记忆聚合物发生大的形变。

在本发明提供的一种优选实施方式中，所述形状记忆聚合物基底处于具有2％-10％的预设拉伸形变量或收缩形变量的状态。