CN112993280B - 一种锂空气电池气体扩散层微孔层制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂空气电池领域，主要涉及一种锂空气电池气体扩散层微孔层制备方法。本发明方法先制备混合浆料，混合浆料为25mg乙炔黑、25mg多壁碳纳米管、500mg 1％的PTFE稀释液混合后再加入到50ml乙醇中搅拌混匀，或者是50mg多壁碳纳米管、500mg 1％的PTFE稀释液混合后再加入50ml乙醇中搅拌混匀；混合浆料抽滤成膜，烘干；将膜通过相应的浆料为粘结剂粘压在碳纸上即得。本发明方法相比传统刮涂方法减少了人为因素的影响，相比喷涂的方法减少了操作时间和操作难度，相比丝网印刷的方法减少了对丝网印刷机器的依赖，适于大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于锂空气电池领域，主要涉及锂空气电池气体扩散层微孔层制备方法的改进。
背景技术
锂空气电池是利用锂金属与空气中的氧气可逆反应的高比容量电池技术。其理论能量密度上限达到11000Wh/Kg远高于目前锂离子电池200Wh/Kg实际能量密度。气体扩散层在锂空气电池中起到支撑催化层、收集电流、传导气体、阻挡空气中的水份的重要作用。对锂空气电池正极催化剂的性能起着重要作用。
目前气体扩散层制备方法为在碳纸上刮涂、喷涂、丝网印刷一层作为微孔层的炭黑或碳纳米管。其中微孔层拥有高导电性、低孔隙率、高疏水性，是保证气体扩散层收集电流、传导气体、阻挡空气中水份重要部分。刮涂添加微孔层方法是将碳粉浆料倒在碳纸上用刮板刮平碳粉浆料然后烘干制备微孔层，这种方法需要手工操作，人为因素较多微孔层均一性难以控制。喷涂添加微孔层方法是将碳粉浆料通过高压喷枪喷到碳纸上烘干制备微孔层，这种方法制备微孔层均一性好但耗时长，通常要30分钟以上，难以大规模使用。丝网印刷添加微孔层方法是采用丝网印刷机在碳纸上添加微孔层，需要相应的丝网印刷设备。因此，需要对现有的制备方法进行改进，以简化制备过程，缩短制备时间。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种锂空气电池气体扩散层微孔层制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种锂空气电池气体扩散层微孔层制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)稀释PTFE溶液：
将质量分数60％的PTFE浓缩液用去离子水稀释，得到1％的PTFE稀释液；
(2)制备微孔层浆料：
取25mg乙炔黑、25mg多壁碳纳米管、500mg1％的PTFE稀释液倒入50ml乙醇中，超声搅拌，制备混合浆料；
(3)将混合浆料抽滤后成膜，烘干；
(4)在碳纸上滴加步骤(2)制备的混合浆料作为粘结剂，再将步骤(3)制备的膜压在碳纸上粘结。
本发明还提供了一种锂空气电池气体扩散层微孔层制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)稀释PTFE溶液：
将质量分数60％的PTFE浓缩液用去离子水稀释，得到1％的PTFE稀释液；
(2)制备微孔层浆料：
取50mg多壁碳纳米管、500mg1％的PTFE稀释液倒入50ml乙醇中，超声搅拌，制备混合浆料；
(3)将混合浆料抽滤后成膜，烘干；
(4)在碳纸上滴加步骤(2)制备的浆料作为粘结剂，再将步骤(3)制备的膜压在碳纸上粘结。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供了一种新的微孔层制备方法，通过先将混合浆料制成膜，再将制备的膜以相应的浆料作为粘结剂粘压在碳纸上，该方法相比传统刮涂方法减少了人为因素的影响，相比喷涂的方法减少了操作时间和操作难度，相比丝网印刷的方法减少了对丝网印刷机器的依赖。本发明方法制备的微孔层表面平整度高，通过控制碳粉的种类有效改变微孔层的孔径，进而影响锂空气电池的充放电性能；本发明制备方法简便耗时短，利于在碳纸上制备微孔层的大规模工业生产。
附图说明
图1为实施例1微孔层BET表征图；
图2为实施例1微孔层孔径分布图；
图3为实施例2微孔层BET表征图；
图4为实施例2微孔层孔径分布图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
1)将质量分数60％的PTFE浓缩液用去离子水稀释至1％，超声分散；
2)称取25mg乙炔黑、25mg多壁碳纳米管、500mg1％的PTFE稀释液倒入50ml乙醇中，超声搅拌，制备得到混合浆料。将浆料抽滤成膜，50-60℃烘干。
3)在商用碳纸上滴加少量上述浆料作为粘结剂，使用钢板将制备好的膜通过粘结剂粘压在碳纸上即得微孔层。
将膜材料进行BET表征(图1、图2)。由图1和图2结果得出，本实施例制备的微孔层的比表面积为120.807m2/g，平均孔径为3.020nm。将制得的微孔层以千分尺测量厚度误差在10微米以内，平整度好。
实施例2
1)将质量分数60％的PTFE浓缩液用去离子水稀释至1％，超声分散；
2)称取50mg多壁碳纳米管、500mg1％的PTFE稀释液倒入50ml乙醇中，超声搅拌，制备得到混合浆料。将浆料抽滤成膜，50-60℃烘干。
3)在商用碳纸上滴加少量上述浆料作为粘结剂，使用钢板将制备好的膜通过粘结剂粘压在碳纸上即得微孔层。
将膜材料进行BET表征(图3、图4)。由图3和图4结果得出，本实施例制备的微孔层的比表面积为184.699m2/g，平均孔径为30.663nm。将制得的微孔层以千分尺测量厚度误差在10微米以内，平整度好。
表1将实施例1和实施例2制备的微孔层的比表面积和平均孔径进行了对比，可以看出在微孔层的材料中加入少量乙炔黑材料就可以减小孔径、减小比表面积。即通过改变微孔层材料中炭黑的含量就可以可控改变微孔层的孔径、比表面积。
表1微孔层BET测试比表面积、平均孔径数据
| 比表面积 | 平均孔径 | |
| 碳纳米管、炭黑膜 | 120.807m2/g | 3.020nm |
| 碳纳米管膜 | 184.699m2/g | 30.663nm |
对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (2)
1.一种锂空气电池气体扩散层微孔层制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)稀释PTFE溶液：
将质量分数60％的PTFE浓缩液用去离子水稀释，得到1％的PTFE稀释液；
(2)制备微孔层浆料：
取25mg乙炔黑、25mg多壁碳纳米管、500mg1％的PTFE稀释液倒入50ml乙醇中，超声搅拌，制备混合浆料；
(3)将混合浆料抽滤后成膜，烘干；
(4)在碳纸上滴加步骤(2)制备的混合浆料作为粘结剂，再将步骤(3)制备的膜压在碳纸上粘结。
2.一种锂空气电池气体扩散层微孔层制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)稀释PTFE溶液：
将质量分数60％的PTFE浓缩液用去离子水稀释，得到1％的PTFE稀释液；
(2)制备微孔层浆料：
取50mg多壁碳纳米管、500mg1％的PTFE稀释液倒入50ml乙醇中，超声搅拌，制备混合浆料；
(3)将混合浆料抽滤后成膜，烘干；
(4)在碳纸上滴加步骤(2)制备的混合浆料作为粘结剂，再将步骤(3)制备的膜压在碳纸上粘结。
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| Gas Diffusion Electrodes for Use in an Amperometric Enzyme Biosensor;Martin Hämmerle等;ELECTROANALYSIS;第20卷(第21期);2279-2286 * |
| 空气自呼吸式直接甲醇燃料电池两相流动及传输特性;叶丁丁;中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑(第12期);C042-53 * |
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