压延工艺是关键的固结步骤，它利用机械压力将松散的活性材料转化为粘结、高性能的电极。具体而言，它将导电炭黑、活性炭粉和聚四氟乙烯（PTFE）粘结剂结合成均匀的薄膜，厚度通常在0.3至0.4毫米之间。
该工艺的主要目的是平衡结构完整性与电化学效率。通过将材料压实至目标密度，可最大限度地降低电阻，同时保持有效氧传输所需的孔隙率。
结构形成与完整性
压延工艺不仅仅是压平材料；它还设计空气阴极的物理结构，以确保耐用性和一致性。
创建均匀薄膜
该工艺将导电粉末和活性粉末与PTFE粘结剂的混合物压缩成统一层。
这种机械压力确保形成均匀的薄膜，消除可能导致电流分布不均的缺陷。
与集流体的粘附
压延工艺的一个重要功能是确保活性材料牢固地粘附在基材上，通常是不锈钢丝网。
这种物理粘合对于电极的机械稳定性至关重要，可防止在运行过程中分层。
它还显著增强了活性颗粒与集流体之间的接触，这对于高效的电子转移是必需的。
优化电化学性能
除了物理结构外，压延工艺还直接影响阴极在化学和电气方面的性能。
控制孔隙率和氧传输
压延过程中施加的压力决定了电极的最终孔隙率。
这种控制对于优化氧传输路径至关重要，使气体能够渗透到层中并有效地到达反应位点。
通过管理孔隙结构，该工艺稳定了空气阴极功能的核心——三相反应界面（气体、电解质和催化剂相遇的地方）。
降低接触电阻
补充数据表明，压延工艺将电极材料压实至目标密度，例如每立方厘米3.0克。
这种压实使活性颗粒彼此靠近，增加了颗粒间的接触。
结果是接触电阻显著降低，电池的体积能量密度增加。
理解权衡
虽然压延工艺至关重要，但需要精确校准以避免影响电极性能。
密度与渗透性的冲突
施加过大的压力可能导致电极过于致密。
虽然这可以最大限度地提高导电性，但可能会破坏孔隙结构，阻碍反应所需的氧气供应。
相反，压力不足会保留孔隙率，但会导致高电阻和不良的机械粘附，从而导致性能不稳定。
为您的目标优化工艺
为了在空气阴极制备中取得最佳效果，您必须根据特定的性能目标定制压延工艺参数。
- 如果您的主要重点是最小化欧姆损耗：稍微增加压延压力以最大限度地提高颗粒接触，并将密度目标设定得更高（例如，接近3.0 g/cm³）。
- 如果您的主要重点是高倍率放电能力：优先考虑较轻的压缩，以保持开放的氧传输路径和稳健的三相界面。
最终目标是实现0.3–0.4毫米的薄膜厚度，完美平衡机械粘附性和高效气体扩散所需的孔隙率。
总结表：
| 特征 | 压延工艺中的功能 | 对性能的影响 |
|---|---|---|
| 材料固结 | 将松散粉末和PTFE制成0.3-0.4毫米薄膜 | 确保机械完整性和薄膜均匀性 |
| 孔隙率控制 | 通过调节压力来管理孔隙结构 | 优化氧传输和三相界面 |
| 粘附 | 将活性材料粘附到不锈钢网 | 增强电子转移并防止分层 |
| 压实 | 增加颗粒间的接触密度 | 降低接触电阻并提高能量密度 |
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参考文献
- Xiaoyu Han, Xin Zhao. Simultaneous Phosphate Removal and Power Generation by the Aluminum–Air Fuel Cell for Energy Self-Sufficient Electrocoagulation. DOI: 10.3390/app13074628
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
