鈦復合電極及其制造方法

專利名稱：鈦復合電極及其制造方法
技術領域：
本發明的領域涉及復合電極，尤其涉及電極中的含鈦聚合材料。
背景技術：
在各種電化學過程對于電極的要求中，機械和化學穩定性對于可重復性/可預測性和功率效率至關重要。為了滿足這種要求，電極可由金屬制成。盡管金屬一般具有很高的穩定性，但金屬電極(例如鉬電極)一般價格高昂而令人望而卻步。此外，金屬電極通常不易形成所需的幾何形狀，且需要與電化學電池的其它部件限制性地接合。可替代地，可利用碳作為電極材料，碳上可覆蓋金屬或不覆蓋金屬，以形成催化劑層。碳的價格顯著地降低，且通常可利用相對簡單的方法使其成型。然而，碳在電化學過程中經常耗減，例如由損耗(氧化)引起耗減，因此需要頻繁的更換。在進一步的已知方法中，碳還可以作為導體結合到聚合物中，該聚合物能夠以低成本被模制成多種形狀，這能夠使復合電極容易地接合到其他塑料電池部件(例如電池框架)。但是，因為具有大量的碳， 包括碳或石墨顆粒的復合聚合物經常受耗減的影響，例如由陽極氧化引起的耗減。為了增強穩定性，低價氧化鈦(馬格內利相(Magneli phase)的低價氧化鈦)可作為基體材料結合到電極中，如序列號為No. 5，173，215美國專利所述，甚至如序列號為 No. 7，033，696的美國專利所述結合到導體聚合物中。盡管這樣的電極通常比碳復合材料更先進，但是仍存在各種缺點。例如，低價氧化鈦材料的制備較為昂貴，且至少在一些情況中不能達到令人滿意的電導率。在其它已知的方法中，可在電極中加入難熔鈦化合物 (例如氮化物和硼化物)，如序列號為No. 6，015，522的美國專利所述。但是，這種化合物通常是非導體，并且通常只能提供熱穩定性和化學穩定性。同樣地，如Polymer Testing 20(2001)409-417中所述，鋅可被用作聚乙烯中的填充物以形成導電塑料。不幸的是，這種材料的機械特性較差，并且電導率一般。在Powder Technology 140 (2004) 49_55中，描述了聚合物與銅、鎳和鐵的其它復合材料。其中，各種參數的變化是壓力的函數，且氧化層的形成對于材料的性能而言是有害的。在另一已知的復合材料中，在EP0038679中描述了具有鹵化塑料和金屬粉末的襯墊，其中PVC樹脂和增塑劑以及鋅(和其它金屬)被用于形成類橡膠襯墊，其具有中等的電導率。在 Polymer Engineering And Science Q002) Vol. 42，NO. 7，1609 及后續頁中描述了其它的導體材料和應用。但是，在復合材料中，所有的金屬、或者幾乎所有的金屬會形成金屬氧化物，這將顯著地降低電導率。因此，盡管本領域中已知多種電極和導電聚合物復合材料，但是所有、或幾乎所有都具有一種或多種缺點。因此，仍需要提供改進的復合材料和電極。

發明內容
申請人:驚喜地發現本發明的聚合物復合電極能夠顯著地改進聚合物復合電極的性能，不但確保該電極具有可與碳電極相當的電導率，而且所提供的聚合物復合電極不受碳耗減問題的影響，且熱穩定性好、容易成型、具有較高的功率密度。本發明的聚合物電極的優點還在于相對較低的生產成本。因此，本發明提供了一種復合電極，包括聚合物材料和金屬鈦。優選地，本發明中的金屬鈦作為聚合物基體的填充物而被大量使用；這形成了導電的聚合物，該導電聚合物可被涂覆多種功能涂層，包括起催化作用的或抵抗耗減的涂層， 以形成所需的聚合物復合電極。任何形式的鈦金屬可被用在本發明中，但是優選的金屬鈦的形式為諸如粉末、屑、 刨片、銼片、碎片，或纖維的小微粒形式，或者為網、非織造的網或層的形式，或為海綿或泡沫形式，或為與上述任一形式類似的任何形式。同樣重要的是，任何來源的任何鈦都能變為有效電極。鈦粉末可來源于三種方法之一且成本不同。氣體噴霧粉末為非常純的、精細球形粉末，購入價格為￡100- ￡ 150kg—1。通過氫化原料鈦金屬，使其變得較脆弱而容易變成粉末，再脫氫以移除氮，從而形成吸放氫(HDH)粉末。所得粉末的價格較低，大概在 ￡50- ￡701 4左右。可從例如克洛爾還原法(Kroll process)提煉鈦海綿細粉，其價格為約530kg-1。申請人使用的鈦可來自廢料源，并利用HDH方法精煉，該鈦的成本在上述兩種來源之間。因此，從成本角度看，申請人使用的材料是有吸引力的，從純度和粒徑控制角度也是有吸引力的。附加的廢料源是機械過程中產生的金屬屑。同樣的，新的鈦粉末的生產方法，例如雙金屬軋制法(Armstrong Process)以及FFC劍橋工藝(FFC Cambridge Process)，能夠相對于電流生產法以較低成本生產鈦粉末，這樣的材料也可以被申請人用于本發明中。最有代表性地，鈦成分的表面積與重量的比例相對較高，要達到該目的的一種方法是使用粒徑較小的鈦材料。在使用鈦粉末的情況下，至少50%的顆粒為0. 5微米至500 微米，優選地，至少50%的顆粒為1微米至400微米，尤其優選地，至少50%的顆粒為2微米至300微米。顆粒的粒徑可以為均勻的，但是，為了優化聚合物復合材料的電導率，已發現使用不同粒徑的鈦的混合物更為有利。例如，所使用的鈦粉末包括來源于第一源的顆粒和來源于第二來源的顆粒的混合物，其中第一來源中，至少50%的顆粒為200微米，其中第二來源中，至少50%的顆粒為400微米，相比于只使用一個來源的粒徑的鈦的情況，該鈦粉末具有較高的電導率。因此，使用具有兩種或多種粒徑的鈦極為有利。在鈦的形式為屑、刨片、銼片、碎片，或者為網、非織造的網或層的形式，或為海綿或泡沫形式，或為與上述任一形式類似的任何形式的情況下，可使用較大粒徑。例如，優選的是，至少50%的鈦顆粒具有最大的尺寸1至100mm，優選為1至50mm，更優選為5mm，特別優選為等于或小于1mm，最優選為等于或小于0. 5mm。但是，其他的形狀也是預期的，并包括不規則形狀、互鎖形狀等。如上述關于粉末形式的描述，使用具有兩種或多種粒徑的鈦金屬屑、刨片、銼片、碎片，或網、非織造的網或層，或海綿或泡沫形式的鈦，或與上面列出的任一形式類似的任何形式的鈦是極為有利的。在使用中，在環境溫度下，聚合物復合電極可與電解質安裝在一起，然后加熱到較高的操作溫度，接下來再冷卻。最高操作溫度將取決于復合電極中使用的聚合物的性質。在使用聚乙烯的情況下，可方便地在環境溫度與60°C之間循環。在熱循環中，申請人觀察到鈦顆粒之間相對以及相反移動。因此，兩種或多種粒徑的混合可產生較好的共粘著混合，其能夠確保維持鈦-鈦顆粒的接觸，因此最大化電導率。使用兩種或多種粒徑的混合還有利于降低本發明的復合電極的成本；鈦金屬屑，例如作為廢料而產生，為鈦金屬廉價的來源，其包括各種粒徑的混合。當具有一種或多種粒徑的粉末鈦與鈦金屬的屑、刨片、銼片、碎片、纖維或者鈦金屬的網、非織造網或層、或海綿或泡沫或與上面列出的任一形式類似的任何形式的鈦中的一種或多種相結合時，可獲得極佳的電導率。還一般地較為優選的是，在壓力成型、擠出成型或注入成型中任一個的步驟中，鈦成分(最典型地在有聚合物材料的情況下)至少被部分地擠壓，以增加鈦顆粒之間導電接觸的面積。在加壓時需要加熱以使得聚合物變軟從而更容易模制。如上所述，金屬鈦較優選的形式為鈦金屬屑，其為任何鈦成分生產的廢料，例如， 來自宇航工業中的鈦的機械加工。鈦金屬大致上細長條的形狀使其在被形成在聚合物復合材料中時能夠更容易地確保金屬片段互相接觸，以提供特別良好的導電通路，并且在重量相比的情況下，使利用鈦金屬屑的電導率比利用鈦粉末的電導率高。如上所述，通過使用鈦金屬屑和鈦粉末的混合物可獲得一些優點。在本發明中，可使用原始尺寸的鈦金屬屑，或將鈦金屬屑加工成較小顆粒之后再使用。所使用的金屬屑顆粒的尺寸取決于可獲得的尺寸， 但是至少50%的顆粒的長度優選為Imm至100mm，更優選為1至50mm，特別優選為5mm以下， 極優選為等于或小于1mm，最優選為等于或小于0. 5mm。金屬屑的寬度優選為0. 1至5mm，優選為1至3mm，金屬屑的厚度優選為50至500微米。對于非粉末形式的鈦材料，這些顆粒尺寸同樣是優選的。可直接使用提供的鈦料，但是如果對其預處理(例如去除或用酸刻蝕以形成更大的表面粗糙度和/或移除表面氧化層)是有益的。發明內容的一個典型的方面中，從金屬鈦成分和聚合物成分開始制備復合材料，其中鈦成分為能夠達到所需電導率的量。更典型地，鈦成分的量可使得各個鈦顆粒連接在一起以形成導電通路。因此，取決于所用的鈦的形式，尤其是形狀和制造方法，粉末形式的鈦成分合適的量典型地為大于10wt%， 更典型地為大于20wt %，特別典型地為大于50wt %，最典型地為大于60wt %。高達90 %的粉末形式的鈦可提供顯著的優勢。另外，如上所述，所用的鈦金屬屑的量優選為20%的重量百分比，更優選為達到50%的重量百分比。可利用未加工的金屬屑-塑料混合物來生產導電電極，或通過使鈦金屬加工成粉末來生產導電電極，并形成均勻的成分。期望的是，為了生產電極，所需非粉末形式的鈦材料的重量百分比最高為20%，但是優選最高為50%。當用于電極中時，鈦-聚合物復合材料層的厚度一般為0. 1至10mm，優選為0. 5至5mm。Ti-聚合物復合材料層的合適厚度的確定是成本、電阻率和剛度的平衡，所有這些參數隨著厚度的增加而增加，但是需要將前兩項最小化，并使第三項最大化。最一般地，鈦的氧化物不會故意添加到本發明的鈦-聚合物復合材料中，盡管鈦的的表面由于暴露于空氣中而具有天然的非常薄的TiO2層，幸運的是這不足以妨礙復合電極的電導率。不過，在本發明內容的至少一些方面中，鈦填充物還包括氧化物(例如，TiO, TiO2, Ti2O3, Ti3O5),尤其是馬格內利相的亞氧化物，作為復合電極的較少成分。關于聚合物，希望該聚合物是耐酸的，最優選地，該聚合物是機械耐用的聚合物。 因此，合適的聚合物包括高密度聚乙烯(HDPE)，聚乙烯(PE)、超高分子量聚乙烯(UHMPE)以及任何其它等級的PE、高密度聚丙烯(HDPP)、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯 (PVDF)、酚醛樹脂、乙烯基酯以及所有合理的聚合物的混合物。在使用具有侵蝕性的電解質系統的情況下，例如在使用Ce4+的電化學過程中，優選的聚合物為聚乙烯、聚偏氟乙烯、 聚四氟乙烯中的一種或多種。當然，應該注意的是，聚合相可進一步包括一種或多種功能組分，合適的組分包括那些能夠增加導電率、機械和/或熱穩定性以及催化特性的組分。同樣地，應該意識到的是，所期望的電極的一個或兩個表面可被附加的涂層所改變，以達到所需的特別的性能。例如，所期望的電極可進一步被一種或多種合適的催化劑功能化。合適的催化劑的例子包括但不限于Pt、IrO2^RuO2 (或混合物)，Ta和碳/石墨。可通過電鍍、氣相沉積、機械引入等方式使表面功能化。因此，從不同角度來看，希望導電復合聚合物(以及尤其是他們構成為電極處)可被涂覆或以其他方式覆蓋(例如，通過電極沉積、CVD、等離子體濺射鍍膜、PVD等)一種或多種導電材料。特別地，這種材料包括一種或多種金屬、含金屬化合物、碳、導電聚合物以及上述材料的所有合理的混合物。另外，尤其在電極被構造成雙極電極時，應該注意的是電極的活性側之間可被不同地功能化(例如，一側涂覆有Pt，另一側接合到CHDPE層[例如，含高密度聚乙烯的碳])。在一個示例性方法中，較小微粒的鈦為平均粒徑在約200至400微米之間的鈦粉末，且其在高密度聚合物(例如HDPE)中的量為至少60wt%。優選地，粉末與熱塑性的材料相混合，以允許熱壓加工使其形成所需形狀。特別地，這種復合材料示出了所需的性能特征，并展示了顯著的穩定性，即使是在相對較苛刻的反應條件下。在本發明的鈦聚合物復合電極的更優選示例中，HDPE中使用75-90Wt%的鈦金屬。在另一優選示例中，HDPE中使用50-75Wt%的鈦金屬。本發明還提供一種電池，其包括如上所述的鈦-聚合物電極，還可有利地包括第二電極，該第二電極包括導電聚合物。合適的導電聚合物包含碳。上述電池可包括酸性電解質，該酸性電解質可包括甲磺酸。電池的電流由氧化還原對提供，其中氧化還原對中的一個元素可為鑭系元素，鑭系元素可包括從下列中選擇的至少一種金屬鉛、錳、釩、鈰、鋅和鈷。 優選的鑭系元素為鈰，其可與鋅組對。特別優選的氧化還原對包括I^b-Pb或Co-Co。通過下文對本發明優選實施例的詳細描述，本發明的各種目的、特征、方面和優點將變得更加清晰。


現在參照以下附圖對本發明進行描述圖1示出了根據本發明的單極電極；圖2示出了根據本發明的單極復合電極的示意圖，該單極復合電極包括鈦粉末、 鈦金屬屑以及高密度聚乙烯；圖3示出了單節實驗室電池的示意圖；圖4示出了根據本發明的雙極復合電極，包括鈦粉末、高密度聚乙烯以及催化劑層；圖5示出了在圖3所述類型的實驗室電池中利用鈦-HDPE陽極和碳-HDPE陰極的充電-放電循環數據；圖6示出了本發明的聚合物復合材料的四個完整的充電和放電循環；圖7示出了在環境溫度和60°C之間循環的根據本發明的鈦聚合物復合電極的熱穩定性；
圖8示出了循環的伏安圖，以示出根據本發明的包括鈦金屬屑和聚合物的覆鉬的復合電極能夠完成電化學過程。
具體實施例方式詳細描述圖1至圖4:圖1示出了由覆鉬的鈦粉末和HDPE聚合物1制成的單極電極。通過氣相沉積，催化層3被沉積至1至10微米厚，或者通過熱壓、擴散壓合或者利用其它接合材料的方法接合一層(1至10微米厚)覆鉬的鈦顆粒。還可以使覆鉬鈦顆粒(50微米)均勻地分布在模制電極的表面，并在150°C下施加2bar壓力負載50分鐘。從電極表面刷掉松動的顆粒，留下大表面面積的被粘合顆粒。圖2示出了另一種單極電極，類似圖1，但是其使用了鈦金屬屑和鈦金屬粉末的混合物。圖3示出了實驗室單節電池，包括兩個大致平坦的池體4、6，每個池體容納一個電極8。離子交換隔膜10被夾在池體4和6之間。兩個流體端口 12、14和電連接端16被形成在池體4和6中。圖4示出了雙極電極，具有兩層復合材料層碳HDPE層18和鈦粉末/HDPE層20。 這些層可分別形成，再利用與接合催化層22所使用的方法相類似的方法接合到一起，或者這些層可通過注射壓制成型或共擠出法而在單個步驟中形成。MMTffe ι -Mm^mm^^m^Mm^利用30mm的往復式單螺桿擠出機(Buss KoKneader)，使顆粒或粉末狀的聚合物材料與鈦粉末和/或非粉末狀鈦相混合。然后，利用諸如壓力或注入成型，或擠出法等多種技術中的一種，將該混合物模制成平坦或紋理化的電極。該過程的溫度足以使聚合物流動。 通過在加壓和加熱的條件下施加新的鈦粉末，或通過氣相沉積形成鈦層，可進一步增強電極的表面。然后在進一步的處理過程中，功能化該涂層；例如，通過氣相沉積或電鍍形成薄的鉬涂層。mm^i 2 -Mm^mmn^^mMm^在180°C下，在雙臂西格馬型槳式混合機(Double Arm Sigma Blade Mixer)中熔化高密度聚乙烯，然后保持180°C的溫度，向其中加入熔融的鈦粉末和/或非粉末狀的鈦。 在被軋制成厚度均一的薄片之前，該混合物成批地被轉移到爐中冷卻到160°C。邊緣被加工成所需的尺寸和形狀，最后去除所有的毛邊。通用方法3 復合材料雙極電極的制備復合材料雙極電極的相對表面可包括不同的填充材料。一側可包括上述通用方法 1中所述類型的鈦基聚合物；另一側可為另一種導電材料，例如類似別處所述的碳基材料。 在電極的生產中，可通過加壓和加熱使不同的材料相結合，以形成均勻的熔接，或者通過擴散壓合、利用導電環氧樹脂的粘合使不同的材料相結合，或者在模制階段通過將兩種材料模制或共擠出在一起而使不同的材料相結合。通用方法4 復合聚合物電極的電阻的測量已知測試材料電特性的多種方法，但是，通常這些方法被描述為利用與電極被施加的操作條件不相干的條件而實施。同樣地，測試結果不能與其他材料相比較，這些材料在特殊測試條件下相互之間的表現有所不同。例如，碳基雙極電極材料的制造者所使用的測量電貫通電阻(through-resistance)的方法為在IOOOpsi (68bar)下壓壞電極同時測量其導電性。這種測量不能代表其使用中的電阻，且不能用于模擬跨越電化學單元的堆疊的電壓降。在工作中，電極沒有受到可測量的壓力，因此在這些情況下勢必表現出導電體的性質。因此申請人發明了他們自己的方法，使用被電氣和機械校準的測試設備來測量電阻，該設備可僅施加較小壓力，即可確保測試樣品和設備的兩個接觸電極之間的良好電接觸。所獲得的圖是在已知且可重復的條件下的相對值，而不是測量確定的電阻值，這能夠用于在接近于操作中所施加條件的條件下，相對于其它材料而確定材料的性能；并且可作為熱穩定性的測量，因為某些材料的電特性在加熱之后將略微改變。總之，該測試包括將測試樣品置于兩個導體電極之間，每個電極具有規定的、且相等的表面積。一個電極固定，另一個電極接附到樞接的桿上，壓力來源于該桿。電極連接到兩條電路，第一電路用于使小電流穿過樣品。第二電路測量相應的電壓，從中可計算出電阻。然后可基于樣品的厚度和接觸表面積來計算貫通電阻率。示例 1利用HDPE聚合物制備復合電極采用通用方法1利用HDPE聚合物制造復合電極，其中將粒徑在200到400微米的鈦粉末填充物(7 Iwt 與Boreal is PE MG9601 HDPE聚合物混合。所得到的混合物用5腔 200噸液壓機壓力成型。利用上述通用方法3測量原始受壓產品的電阻，為0. 75歐姆厘米 (Ohmcm)。成型步驟在4400psi下被保持1分45秒，且保持200°C的壓臺溫度。然后如此形成的復合材料被留在腔中，不施加壓力，再額外加熱40分鐘，使表面溫度為約150°C。新的鈦粉末被加到該表面上，閉合模具并施加2bar的壓力50分鐘。脫模后，移除仍然沒有被粘合的鈦粉末，形成具有平坦的電極表面的電極，在該平坦的電極表面上具有較好的鈦覆層。 利用上述通用方法4測量最終的復合材料產品的電阻，為約0. 1至0. 2歐姆厘米。該示例清楚地示出了用于多種電化學應用的具有合適的電導率的電極或電極基底結構。示例 2利用與上述方法相同的方法，復合電極的一側用現有技術中已知的方法之一覆鉬，例如以上關于圖1中所描述。示例 3再利用示例1中所述的方法，通過使碳-HDPE接合到電極表面上使電極的一個表面被引出，利用上述圖4所示的方法。利用通用方法4測試復合材料聚合物電極的電阻，所達到的電阻為0. 1-1. 0歐姆厘米。這些結果顯示本發明對于生產具有兩種不同功能的雙極電極是有用的。示例 4該示例使用通用方法1，但是使用鈦金屬屑代替鈦粉末，所達到的電阻為0. 1-1. 0 歐姆厘米。對圖5和圖6的討論附圖5和附圖6描述了示例性數據，其示出了如圖3中所示的實驗室電池的操作， 其具有TiHDPE陽極和碳HDPE陰極。另外，各種試驗提供了含鈦的復合電極的原始電阻數據，數據如下2mm厚的電極為1. 5歐姆厘米；3mm厚的電極為1. 5歐姆厘米；1. 5mm厚的HDH 電極為1. 5歐姆厘米；2. Omm厚的HDH電極為0. 5歐姆厘米。在60°C下，于甲磺酸電解質中進行充電-放電循環，利用與濃度為1. Omol/dm3的Si2+ ；2. 7mol/dm3的Ce3+相關的氧化還原作用。電池在500A/m2的恒定電流下充電，在1. 8V的恒定電壓下放電。圖5示出了 13個充電-放電循環的性能。在第一激活循環之后，在放電的頂峰提供過剩的反應物，電池在140至180WnT2的功率密度、68至82%的法拉第效率下放電。圖6示出了一聚合物復合材料的四個完整充電-放電循環及隨后的第五部分循環，該聚合物復合材料使用鈦粉末及高密度聚乙烯，該鈦粉末的平均粒徑在約200至400微米之間、含量至少為60wt%。在恒定電流下充電，顯示出電壓隨時間增大，指征充電狀態。 在恒定電壓下放電，一開始電流以高速率放電，隨著反應中的物質傳遞趨于極限而逐漸衰減。在初始激活循環之后，放電曲線下方的面積與總電量(安培小時)成比例，該面積為恒定的。對圖7和圖8的討論圖7示出了利用上述通用方法2制成的本發明的鈦-聚合物復合電極的熱穩定性。使用四個不同的樣品，其中兩個含鈦金屬屑，兩個含由吸放氫法提取的鈦粉末。在所有例子中，聚合物均為HDPE。測量電阻對在60°C與環境溫度之間(電池的最終操作溫度)熱循環的次數，如所觀察到的那樣，在超過50次循環之后電阻都未增加，表明本發明的鈦-聚合物復合電極對于溫度改變有很高的穩定性。圖8示出了覆鉬的Ti金屬屑的催化活性。對于給定的電壓，電流越高越好。示出了每個電極的完整的充電-放電循環。從OV (對NHE)開始到2V (上方的線)，該循環從氧化 (充電)循環開始。實驗室標準的高電流顯示了從Ce (3+)到CeG+)的較高氧化速率。在反向循環(下方的線)中，1.4-1. 6V處的凹陷表明了放電電流；CeG+)還原成Ce(3+)的反應的速率。2mm和3mm的電極均顯示出了活性，且基于對電池的優化可獲得更好的性能_不過這些結果清楚地顯示出本發明的覆鉬的鈦復合材料能夠作為電極實現一些功能。應該理解的是所期望的電極可被應用于多種電化學過程中(例如，各種反應物、 鍍反應等中的電化學轉換)，所期望的電極尤其可被用于電功率及電能的存儲和輸送。因此，特別優選的方面包括將期望的電極用于電池中。在本文中應注意的是電極可被構造成單極電極和/或雙極電極。因此，已經公開了鈦復合電極的具體實施例和應用。然而，對于本領域技術人員來說清楚的是，在不背離本文中的發明構思的情況下，除了所述改進之外的很多改進也是可以的。因此，發明內容只受所附權利要求精神的限制。
權利要求
1.復合電極，包括聚合物材料和金屬鈦填充物。
2.根據權利要求1所述的復合電極，其中聚合物為選自下列組中的一種或多種高密度聚乙烯(HDPE)，聚乙烯(PE)、超高分子量聚乙烯(UHMPE)以及任何其它等級的PE、高密度聚丙烯(HDPP)、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、酚醛樹脂、乙烯基酯以及上述所有聚合物的混合物。
3.根據權利要求1或2所述的復合電極，其中金屬鈦填充物的微粒形式為粉末、屑、刨片、銼片、碎片、纖維、網、非織造網、薄片、海綿或泡沫中的一種或多種。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的復合電極，其中金屬鈦填充物包括粉末化的鈦
5.根據權利要求1至4中任一項所述的復合電極，其中金屬鈦填充物包括多條鈦金屬屑。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的復合電極，HDPE中包含75-90Wt%的鈦金屬。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的復合電極，HDPE中包含50-75Wt%的鈦金屬。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的復合電極，其中電極被構造成雙極電極。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的復合電極，其中電極還包括涂層，該涂層沉積到電極的至少一表面上并與鈦填充物電接觸。
10.根據權利要求9所述的復合電極，其中該涂層為鉬。
11.根據權利要求9所述的復合電極，其中該涂層為鉬和氧化銥的混合物。
12.根據權利要求9所述的復合電極，其中該覆層為氧化銥。
13.聚合物復合電極的制造方法，包括步驟a)將金屬鈦與聚合物相混合；b)將所得的材料模制成電極；可選地c)向電極表面添加新的鈦粉；以及進一步可選地d)使電極表面功能化。
14.根據權利要求13所述的制造方法，其中步驟d)包括在電極表面上涂覆催化劑材料。
15.一種電池，包括權利要求1至14中任一項所述的電極。
16.根據權利要求15所述的電池，其中該電池還包括第二電極，該第二電極包括導電聚合物。
17.根據權利要求16所述的電池，其中導電聚合物包含碳。
18.根據權利要求15至17中任一項所述的電池，其中電池包括酸性電解質。
19.根據權利要求18所述的電池，其中酸性電解質包括甲磺酸。
20.根據權利要求15至19中任一項所述的電池，其中氧化還原對提供電池的電流，且其中氧化還原對中的一個元素為鑭系元素。
21.根據權利要求20所述的電池，其中鑭系元素為鈰，且其中氧化還原對中的另一個元素為鋅。
22.根據權利要求20或21所述的電池，其中氧化還原對包括從下列中選擇的至少一種金屬鉛、錳、釩、鈰、鋅和鈷。
23.根據權利要求20所述的電池，包括I^b-Pb或Co-Co氧化還原對。
全文摘要
本發明提供一種復合電極，其包括鈦金屬填充物和聚合物材料。有利地，本發明的復合電極不存在碳耗減的問題，且熱穩定性好，容易成型，具有高功率密度，且生產成本相對較低。
文檔編號H01M4/66GK102265437SQ200980152203
公開日2011年11月30日 申請日期2009年12月23日 優先權日2008年12月23日
發明者C·貝, D·霍奇森, S·哈里森 申請人:Iti蘇格蘭有限公司