[发明专利]一种金属空气电池及其制备方法

权利要求书

1.一种金属空气电池，其特征在于，包括空气电极、金属电极以及设置在所述空气电极和所述金属电极之间的电解液，所述空气电极包括基体以及设置在所述基体表面的硼氮共掺杂金刚石层，所述硼氮共掺杂金刚石层包括设置于所述基体表面的平整结构层和设置于所述平整结构层表面的阵列凸起结构。

2.如权利要求1所述的金属空气电池，其特征在于，所述阵列凸起垂直设置于所述平整结构层上。

3.如权利要求1所述的金属空气电池，其特征在于，所述阵列凸起的形状为棱柱、棱锥或圆锥。

4.如权利要求3所述的金属空气电池，其特征在于，所述阵列凸起的形状为棱锥或圆锥，棱锥或圆锥状的所述阵列凸起的顶端曲率半径为1nm-30nm。

5.如权利要求4所述的金属空气电池，其特征在于，所述阵列凸起结构的长径比为20-80，尖部直径为60nm-200nm，底部直径为100nm-1000nm，密度为104cm-2-109cm-2。

6.如权利要求1所述的金属空气电池，其特征在于，所述平整结构层的厚度为100nm-5μm，所述阵列凸起的高度为50nm-5μm。

7.如权利要求1所述的金属空气电池，其特征在于，所述基体的材质包括钛、钽、铌、钼、铬、硅、石墨、碳纤维和硬质合金中的一种或多种。

8.一种金属空气电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供基体，将所述基体进行喷砂处理并清洗；

在清洗后的所述基体上沉积形成初始硼氮共掺杂金刚石层；

将所述初始硼氮共掺杂金刚石层的表层进行刻蚀形成阵列凸起结构，得到硼氮共掺杂金刚石层，即得到空气电极，所述空气电极包括基体以及设置在所述基体表面的硼氮共掺杂金刚石层，所述硼氮共掺杂金刚石层包括设置于所述基体表面的平整结构层和设置于所述平整结构层表面的阵列凸起结构；

提供金属电极和电解液，将所述空气电极、所述金属电极和电解液装入电池壳体的收容空间内，得到金属空气电池。

9.如权利要求8所述的金属空气电池的制备方法，其特征在于，采用感应耦合等离子体刻蚀法刻蚀硼氮共掺杂金刚石层，在所述刻蚀过程中，刻蚀气体的流量为10sccm-400sccm，刻蚀气压为0.5Pa-10Pa，电源功率为600W-3500W，刻蚀功率为50W-350W，刻蚀时间为0.5h-10h。

10.如权利要求8所述的金属空气电池的制备方法，其特征在于，采用电子回旋共振微波等离子体化学气相沉积刻蚀法刻蚀硼氮共掺杂金刚石层，在所述刻蚀过程中，通入的气体包括氢气、氩气和气态碳源中的至少一种，刻蚀气压为(5-10)×10-3Torr，刻蚀偏压为50V-250V，刻蚀偏流为50mA-150mA，刻蚀时间为0.5h-10h。