空气电极是金属空气电池和某些电化学反应器的关键部件。本工作研究了影响空气电极性能的多种工艺因素,提出了空气电极的优化制备工艺,并将优化后的空气电极进行了应用。 研究结果表明,可以通过热处理工艺大幅度提高空气电极的性能。空气电极最佳热处理温度为340℃左右。电极的热处理温度对电极影响较大,在340℃以下,空气电极随热处理温度的升高,电化学性能明显改善;340℃以上进行热处理,将导致空气电极性能的下降。采用本研究的工艺制得的空气电极形成了致密,均匀的微孔结构,因此液相和气相传质性能得到改善,使空气电极的电化学性能和寿命明显提高。 本研究中采用的催化剂为MnO₂,催化剂载体为活性炭掺杂乙炔黑,实验发现,乙炔黑的最佳加入量为20%,且乙炔黑的加入能够明显的改善空气电极的电化学性能。热处理后的空气电极催化层中PTFE的含量为30%最好。催化层的厚度为0.20mm左右时,电极表现出最好的工作性能和寿命。活性碳载体的粒度分布对电极性能有一定影响,对于平均粒径相近的活性碳,粒度分布较宽的电极性能较好。防水透气层中PTFE的含量为60%最佳,采用无水乙醇为造孔剂,防水透气层的厚度为0.8mm时可保证有良好的透气率和较长的使用寿命。 电极成型采用冷压的方式。实验发现,成形压力直接的影响着空气电极的性能。成形压力在20MPa下,空气电极防水膜和催化膜结合较好,通过热处理工艺使防水膜和催化膜中的PTFE粉粒相互粘结一体,避免了空气电极的“剥离”,“起泡”等现象,使电极性能和寿命得到了较大提高。 采用本工作研究的空气电极,装配到电化学制氧单元中,稳定运行1000小时以上,并实现产业化。 通过对空气电极在电化学制氧单元中电解机理的研究,发现通过改变催化剂加入量,