[發明專利]一種鎂空氣電池的電解液

有效

• 申請號: 201310454633.5
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103545578A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 劉甲祥;晁自勝;賀浩;歐陽宇平;鄔曄
• 申請（專利權）人: 劉甲祥
• 主分類號: H01M12/06
• 分類號: H01M12/06
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所 43108
• 代理人: 顏昌偉

技術領域

本發明屬于電池領域，特別是涉及一種在鎂空氣電池中使用的電解液。

?隨著科學技術的發展，移動電子設備、通訊設備、電動汽車、檢測儀器儀表等用電器對電池的依賴程度越來越高，電池技術已經成為制約電子產品和電動汽車進一步發展的瓶頸，世界各國商業機構和學術機構爭相進行高容量，高安全性、低成本電池的開發研究。金屬空氣燃料以活潑金屬為燃料，替換了傳統的污染的化石能源，大容量、低成本、無毒無污染、高比能量和高比功率等優點，被稱為“面向21世紀的綠色能源”。

鎂資源在地球上儲量豐富，僅海水中就有1800萬億噸鎂資源，能夠基本滿足世界對能源的需求。同時鎂是目前實際使用的工程材料中最為活潑的金屬之一，有較低的電極電勢，其標準電極電位為-2.37V，這使得鎂空氣電池有較高的開路電壓。鎂金屬具有較大的電化學當量（2.2Ah/g），僅次于鋰和鋁，但是其密度僅1.74g/cm³，比鋁氫，因此，鎂空氣燃料電池具有高的比能量。目前，鎂空氣燃料電池的能量密度已達到800wh/kg，相當于汽車用鉛酸電池的30倍。正是由于這些優勢，鎂空氣燃料電池成為各種商業機構和學術部門爭相研究的對象。20世紀90年代初，Westinghouse公司研制出海洋應用的圓柱形海水電解質鎂/空氣燃料電池，其能量達到650kWh，設計壽命為15年。加拿大Greenvolt?Power公司研制出100W和300W的鎂/鹽水/空氣燃料電池，能量密度是鉛酸電池的20倍以上。近來，韓國科技研究院的一個團隊甚至已經成功完成了鎂-空氣電池驅動的汽車行駛測試，實驗結果表明，鎂空氣電池是同等大小鋰離子電池所持能量的5倍。鎂空氣燃料電池作為一種理想的高能電池，具有廣闊的商業前景。

盡管鎂空氣電池的續航能力可以長達上十年，但是在使用過程中，電解液的壽命卻并不具有相應的壽命，在電池的使用過程中，電解液會隨著電池的使用，離子傳導性能會逐漸衰減，導致電池內阻逐漸變大，工作電壓逐漸降低，甚至嚴重影響電池的使用。這主要是電池使用過程中形成的氫氧化物沉淀具有一定的吸附性能，能夠將電解液中的電解質鹽離子吸附在沉淀表面，隨沉淀一起沉降到電池底部，導致電解液中電解質鹽的濃度逐漸減小，進而影響電池的正常使用。目前主要通過對電池定期更換電解液來恢復電解液的離子傳導性能，周期一般在幾十個小時，這相對于鎂空氣電池超長的續航能力，維護顯得過于頻繁，嚴重限制了鎂空氣電池的應用，也大大增加了電池的使用維護成本。

發明內容

針對現有電解液壽命不長的技術問題，本發明提出一種使用過程中性能衰減較慢、電池維護周期較長的鎂空氣電池的電解液。???????本發明解決上述技術問題的技術方案是：一種鎂空氣電池的電解液，為醋酸鹽與醋酸配制而成的水溶液，其中：醋酸鹽：8～20wt%；醋酸：0.002～0.08mol/L；其余為水。

上述鎂空氣電池的電解液中，醋酸鹽為醋酸鎂、醋酸鈣、醋酸鈉、醋酸鉀、醋酸鋰中的一種或者幾種。

上述鎂空氣電池的電解液中，所述水溶液的pH值為6～7。

與現有技術相比，本發明的技術效果在于：(1)電解液采用緩沖鹽體系，pH值為6～7，使得電解液略顯酸性，有助于破壞鎂的腐蝕產物膜，促進腐蝕產物的脫落，活化鎂陽極，提高電池的性能；(2)電解液中醋酸根的引入有助于形成多孔疏松的氫氧化物沉淀，沉淀易于粉化，能有效避免因沉淀物導致的電池內部短路;（3）電解液為偏酸性水溶液，一方面，較低的pH值能有效調節溶液的等電點，阻止氫氧化物沉淀對電解質鹽的吸附，從而延緩電解液性能的衰減；另一方面，由于醋酸的存在，能與生成的氫氧化鎂沉淀反應，釋放活性電解質鹽醋酸鎂，實現電解液的再生，從而有效延長電解液的使用壽命。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明做進一步說明，但本發明并不限于此。

實施例一

?在1L質量百分數為20%的醋酸鎂溶液中，加入冰醋酸0.08mol，得到pH值為6的水溶液，采用商用的AZ61鎂合金為金屬陽極，商用20%的Pt/C催化劑為空氣陰極催化劑，組裝成鎂空氣電池。該電池對LED連續供電150小時，電池性能穩定。這較常規的氯化鈉電解液延長了一倍以上的工作時間。

實施例二

?在1L質量百分數為8%的醋酸鈉溶液中，加入冰醋酸0.002mol，得到pH值為7的水溶液，采用商用的AZ61鎂合金為金屬陽極，商用20%的Pt/C催化劑為空氣陰極催化劑，組裝成鎂空氣電池。該電池對LED連續供電150小時，電池性能穩定。這較常規的氯化鈉電解液延長了一倍以上的工作時間。

實施例三