[發明專利]一種鋁-空電池電解液復配添加劑及其電解液和制備方法

在審

• 申請號: 201610087144.4
• 申請日: 2016-02-16
• 公開（公告）號: CN105720327A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 張大全;王大鵬;高立新
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: H01M12/06
• 分類號: H01M12/06
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明屬于化學燃料電池領域，尤其涉及一種鋁-空電池電解液復配添加劑及其制備方法。

背景技術

鋁-空電池是以鋁及其合金為陽極，空氣電極為陰極的半燃料電池，具有環境友好、比能量高、充電時間短等優點，其應用日趨廣泛。鋁-空電池的電解液一般為中性電解液、無水電解液和堿性電解液。在中性和無水電解液中，鋁陽極會發生嚴重的鈍化，使得鋁陽極的電極電位升高。在堿性電解液中，鋁陽極發生析氫自腐蝕和極化，降低了鋁陽極的放電效率，這是影響堿性電解液作為鋁-空電池電解液的最主要障礙。

目前主要通過兩種方法來降低鋁在堿性溶液中的腐蝕速率：一是用鋁合金來代替鋁；二是通過在電解液中使用添加劑來抑制鋁的析氫自腐蝕。研究人員研究了不同合金元素對鋁陽極的腐蝕抑制作用，如Mg、Zn、Pb、Sn、Ga、In、Mn、Ti、Bi等。添加合金元素后，提高了鋁陽極析氫過電位，抑制了鋁陽極的析氫自腐蝕。ZnO無機緩蝕劑作為堿性電解液添加劑能抑制鋁的腐蝕，提高鋁-空電池的放電性能。

單一的添加劑雖然能抑制鋁合金陽極的析氫自腐蝕，但是以犧牲陽極活性為代價。而使用復配型緩蝕劑一方面能滿足減小鋁合金陽極的析氫自腐蝕，另一方面甚至可以提高鋁合金陽極的活性。對于一般的復配型添加劑，其成分復雜，造成了資源浪費，部分成分對環境產生污染，不滿足環保的要求。因此研究新型的復配型添加劑，既能抑制鋁合金陽極的析氫自腐蝕又能顯著提高鋁陽極活性，具有重要意義。

發明內容

針對現有技術中的上述技術問題，本發明提供了一種鋁-空電池電解液復配添加劑及其電解液和制備方法，所述的這種鋁-空電池電解液復配添加劑及其電解液和制備方法解決了現有技術中鋁-空電池電解液的復配添加劑其成分復雜，對環境產生污染的技術問題。

本發明提供了一種鋁-空電池電解液復配添加劑，由己二酸和氧化鋅組成，所述的己二酸和氧化鋅的摩爾比為0.5-5.0：0.1-1.0。

進一步的，所述的己二酸和氧化鋅的摩爾比為5.0：1.0。

本發明還提供了一種鋁-空電池電解液，由氫氧化鈉、己二酸、氧化鋅和水組成，在電解液中，所述的氫氧化鈉的濃度為4M，所述的己二酸的濃度為0.5-5.0mM，所述的氧化鋅的濃度為0.1-1.0mM，余量為水。

進一步的，所述的氧化鋅的濃度為1.0mM。

本發明還提供了上述的鋁-空電池復配電解液的制備方法，包括如下步驟：

1）先配制濃度為4M的氫氧化鈉溶液，冷卻；

2）稱取氧化鋅，加入到氫氧化鈉溶液中，使其濃度為0.1-1.0mM；

3）再稱取己二酸，加入到步驟2）的氫氧化鈉溶液中，使其濃度為0.5-5.0mM，攪拌溶解后即為鋁-空電池復配電解液。

具體的，氧化鋅的化學式為ZnO，白色粉末狀。所述的己二酸（ADA）的化學式為C₆H₁₀O₄。

本發明的鋁-空電池電解液復配添加劑與現有的添加劑相比有以下優點：

（1）本發明使用化物ZnO來降低鋁合金陽極的析氫自腐蝕速率并提高鋁合金陽極活性。ZnO是一種堿性氧化物，在堿性溶液中溶解后，Zn²⁺不能在陽極極化過程中沉積在鋁合金陽極的表面，但在陽極極化結束后，Zn²⁺能夠能快速沉積，在陽極表面形成一種保護膜，陽極的電位負移。當再次進行陽極極化時，沉積在陽極表面的金屬鋅先溶解，暴露鋁合金基體，使陽極在較低的電位下發生陽極溶解。此外，和其它的無機鹽添加劑相比較，氧化鋅具有無毒無污染的優點，滿足環保要求。

（2）本發明使用復配添加劑ADA，其中適量的ADA能有效的抑制析氫，使陽極電位正移。但是對于單一的ZnO添加劑加入后，陽極表面形成一種疏松的保護膜，容易脫落。并且沉積的Zn層和陽極表面的結合力較弱，影響了鋁陽極的在電池中的安全使用。為此，必須改善沉積的Zn層。使用復配添加劑ADA后，ADA和Al³⁺、Zn形成配位，形成的新物質加固了Zn層的穩定性，降低了析氫反應速率，使電池的性能更加良好。

本發明和已有技術相比，其技術進步是顯著的。本發明的鋁-空電池電解液復配添加劑，組成簡單、成本低、安全且符合環保要求，不僅能有效地抑制陽極的析氫自腐蝕，還能使鋁陽極的開路電位負移。在恒電流放電測試中，鋁合金陽極具有良好的放電性能，滿足堿性鋁-空電池放電的要求，具有非常好的發展前景。

附圖說明