空气电极防水透气膜的工艺研究

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1、万方数据2003年12月河北工、皿大学学报December2003筮j2鲞笙§麴』Q坚曼基垒!=Q￡堕星曼垦!S型!∑里B§!三∑QE!量￡丛型QbQg∑迅!：22盥!：§文章编号：1007—2373(2003)06—0021．05空气电极防水透气膜的工艺研究卜路霞，梁广川，欧秀芹，梁金生河北工业大学能源与环保材料研究所，天津300130)摘要：对防水透气膜中各成分用量及制备工艺参数进行优化研究，确定了防水透气膜的最佳工艺条件，制备出空气电极，用空气电极与铝阳极成功组装单电池，并采用sEM、稳态极化曲线法和恒电流放电法对防水透气膜的性能进行研究．

2、结果表明：防水透气膜具有优异的电化学性能，空气电极的极化明显减小，电流密度由82mA／cm2提高到150mA／cm2；单电池样品的恒流放电容量在40Ah毗上，关键词：铝／空气电池；防水透气膜；空气电极；聚四氟乙烯；造孔剂中图分类号：TM911．4l文献标识码：AO引言铝／空气电池具有电化学当量高、成本低、安全、无污染等优点，应用前景广阔“1．国内外学者对其已进行了多年的研究“，．然而，目前影响铝／空气电池进行工业化生产的关键技术是其空气电极的制备问题．空气电极的电极反应发生在气、液、固三相界面上，即必须在活性齐·j(氧气)、电解质和催化剂之间形成

3、3个相界，缺任何一相都不能完成电化学反应⋯．空气电池利用空气中的氧气为活性物质，氧气连续不断的通过防水透气层进入三相界面进行反应及反应产物的排放都需要依靠气体的扩散来实现，因此，气体扩散的难易是造成空气电极极化大的关键因素．而氧气扩散的难易与防水透气膜密切相关，它取决于透气层的孔率、孔长及曲折度，即取决于透气层的物料配比和工艺条件”1．本文针对空气电极中的防水透气膜进行研究，对防水透气膜中各成分的用量及成膜的工艺条件进行优化，确定了防水透气膜最佳制备工艺，力图研制出一种气体扩散性能和电化学性能优异的防水透气膜．1实验1．1防水透气膜的制备防水透气

4、膜的制备工艺流程如图1所示．防水透气膜主要由活性炭、乙炔黑和聚四氟乙烯(PTFE)组成，采用无水乙醇为溶剂并加入一定的造孔剂．其中，活性炭经过疏水处理，具有良好的疏水效果．制膜时，首先将各原料配好，然后进行分散处理，凝聚后放入轧膜机中碾压，待坯料基本纤维化后，控制碾压比和压缩次数，即得到所需要的防水透气膜．1．2空气电极的制备及极化性能的测试空气电极采用4层结构，即催化层(自制)／防水透气层I／导电网，防水透气层II，按顺序叠收稿日期：2呻3-06_15基盒项目；河北省科技攻关计划项目资助(01212】02)作者简介：h路霞(1980-)，女(汉

5、族)，硕士生．万方数据万方数据万方数据24河北l：业大学学报2003年第6期量比)，空气电极性能最好．2．4防水透气膜最佳工艺讨论通过以上的实验，确定了防水透气膜的最佳工艺条件，即防水透气膜I中活性炭：PTFE：乙炔黑大约为6：4：l(质量比)，防水透气膜II中造孔剂的用量为60％．为了进一步的比较优化前后防水透气膜的表观形态与电化学性能的关系．采用sEM对防水透气膜的表面形态进行r观察，实验结果如图5所示．从图5可以明显看出，优化后制得的防水透气膜为多iL结构，聚四氟乙烯均匀的分布在其中，平均孔径大约为200nm，且分布较为均匀，因而具有更好的

6、气体扩散性能，使空气电极的电化学性能明显提高．(a)PTFE活性炭=23(质量比)(b)造孔剂活性炭PTFE：乙炔黑=10：6：4l(质量比)圈5防水透气膜的sEM照片(放大5000倍)另外，在相同的实验条件下，对防水透气膜的厚度进行了研究．结果表明，当厚度小于o．2mm时，透气效果较好，但当厚度减小时，不仅会增加制膜的难度，而且会影响电池的防渗、防漏效果．综合考虑并进行反复的实验，本文把防水透气膜I的厚度定为o．2mm，防水透气膜II定为04mm．2．5铝空气电池样品的放电·眭能为了进一步考察防水透气膜的性能，把优化好的两层防水透气膜和催化膜压

7、制在一起做成空气电极，并与铝合金组装成电池样品，用恒电流放电方法测试电池样品的放电性能，结果如图6所示．由图中可以看出，单电池在恒电流4A放电时，电压保持在1．15v左右，放电电压比较平稳，放电容量超过40Ah，说明所制得的空气电极具有较好的气体扩散性能；和电化学性能．当放电时间较长时，电压开始下降，这主要是由于溶液中的沉淀物A“OH)，逐渐增加而引起的．Al(OHX的产生，导致空气电极的毛细微孔被堵塞，使空气电极的极化增火，从而引起电压的下降．图6铝空气电池放电曲线(4A)3结论1)通过上述实验确定了防水透气膜的最佳制备工艺，即活性炭：P11F

8、E：乙炔黑大约为6：4：1万方数据空气电极防水透气膜的工艺研究25(质量比)，防水透气膜II中造孔剂的用量为60％．2)研制的防水透气膜