[發(fā)明專利]一種堿性鋁動力電池陽極復合緩蝕劑及電解液的制備方法

有效

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• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN104505559A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發(fā)明（設計）人: 謝剛;田永;臧建;余強;柯浪;和曉才;李懷仁;姚云;徐俊毅;崔濤;賴浚;田林;徐慶鑫;魏可;余德慶;周廷熙
• 申請（專利權）人: 昆明冶金研究院
• 主分類號: H01M12/06
• 分類號: H01M12/06
• 代理公司: 昆明正原專利商標代理有限公司 53100
• 代理人: 陳左

技術領域

本發(fā)明屬于電池制作技術領域，涉及一種堿性鋁動力電池陽極緩蝕劑及堿性電解液的制備方法。

背景技術

鋁-空氣電池是以鋁或鋁合金為負極，以空氣電極為正極，以堿性溶液或者中性氯化物，如氯化鈉、氯化鉀等溶液為電解質組成的半燃料電池。鋁-空氣電池具有以下優(yōu)點：首先鋁的電化學當量高，為2.98Ah/g，僅次于鋰的3.86Ah/g，遠大于鋅的0.82Ah/g；其次，其理論電壓較高，能量密度大，鋁-空氣燃料電池的理論電壓為2.71V，理論比能量可高達8100Wh/Kg，能量密度為鉛酸電池的47.5倍；第三，反應物及生成物均無毒，反應過程中無有害物質產生，對環(huán)境友好。

采用中性溶液為電解質時，鋁電極的自腐蝕速率小，具有足夠高的比能量密度。但由于鋁表面存在氧化膜，導致鋁的反應活性顯著降低，同時鋁電極在中性電解液中的反應產物為凝膠狀的氫氧化鋁沉淀，隨著反應進行沉淀在電極表面積累，使得電阻增大，電極極化嚴重，造成電池電壓下降，比功率降低。當采用堿性溶液為電解質時，鋁電極表面的氧化膜溶于電解液，鋁有很高的活性，具有很高的比能量密度和比功率密度，因而可以提供很大的輸出電流密度和輸出功率。但是鋁陽極在堿性溶液中自腐蝕速率很快，并產生大量氫氣，使陽極的利用率大幅降低，尤其是在大電流密度條件下工作，其穩(wěn)定工作電位較正，陽極極化嚴重，使鋁-空氣電池的應有受到限制。為提高鋁合金陽極活性，同時保證其較好的耐蝕性能，一方面是通過制備鋁合金陽極來改善陽極的耐腐蝕性能，同時提高陽極的活性，另一方面可以在電解液中加入緩蝕劑來降低鋁陽極的自腐蝕速率，同時保持鋁陽極具有一定的電化學活性。

鋁陽極緩蝕劑主要有無機緩蝕劑和有機緩蝕劑，該類型電池中陽極緩蝕劑的研究多以單一緩蝕劑為主，但是在提高鋁陽極活性的同時會使得陽極的電化學活性降低；且使用單一緩蝕劑時，只能有限地提高陽極材料的耐蝕性能，因此很難滿足堿性鋁動力電池的工程技術要求發(fā)明內容。而使用復合緩蝕劑，不但能夠大幅度提高鋁合金的耐腐蝕性，同時對陽極活性影響較小。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術的不足，提供一種堿性鋁-空氣動力電池陽極緩釋劑及電解液的制備方法，該緩蝕劑能有效的抑制鋁陽極在堿性電解液中的自腐蝕，同時保持陽極具有一定的電化學活性，使鋁陽極的利用率大幅提高。

本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種堿性鋁動力電池陽極復合緩蝕劑，所述的復合緩蝕劑包括無機緩蝕劑、有機緩蝕劑和染料，所述的無機緩蝕劑包括氧化鋅、氧化鈣和氧化鉍；所述的有機緩蝕劑包括明膠、骨膠和有機表面活性劑；所述的染料為有機染料；所述各成分在堿性電解液中的濃度分別為：氧化鋅0.01-0.2mol/L，氧化鈣0.001-0.03mol/L，氧化鉍0.001-0.1mol/L，明膠0.001-0.03%wt，骨膠0.001-0.03%wt，有機表面活性劑0.05-0.5%wt和有機染料0.001-0.01%wt。

進一步，優(yōu)選的是所述的有機表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、聚丙烯酸鈉、對甲苯亞磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉和聚乙二醇中的一種或幾種的混合物；混合物時，其具體比例不作要求。

進一步，優(yōu)選的是所述的有機染料為甲基紫、靛藍和甲基藍中的一種或幾種的混合物；混合物時，其具體比例不作要求。

本發(fā)明還提供一種堿性鋁動力電池堿性電解液，包括上述的堿性鋁動力電池陽極復合緩蝕劑；所述的電解液是在堿液中含有以下各濃度的成分：氧化鋅0.01-0.2mol/L，氧化鈣0.001-0.03mol/L，氧化鉍0.001-0.1mol/L，明膠0.001-0.03%wt，骨膠0.001-0.03%wt，有機表面活性劑0.05-0.5%wt和有機染料0.001-0.01%wt。

本發(fā)明技術方案中所述的堿液為1-8mol/L的NaOH溶液。

進一步，優(yōu)選的是明膠濃度為0.006%wt，骨膠濃度為0.004%wt。

進一步，優(yōu)選的是所述的堿液為4mol/L的NaOH溶液。

上述堿性鋁動力電池堿性電解液的制備方法，包括以下步驟：

步驟（1），將氧化鋅、氧化鈣和氧化鉍混合均勻，然后研磨成粉末；

步驟（2），將有機染料溶于無水乙醇中，制成有機染料溶液；所述的有機染料與乙醇的質量比為1：9；