[發(fā)明專利]一種鋁空氣電池用燃料鋁的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010064673.9
• 申請(qǐng)日: 2020-01-20
• 公開（公告）號(hào): CN111172562A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊建紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鎮(zhèn)江慧誠(chéng)新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): C25C3/06
• 分類號(hào): C25C3/06;C25C3/12;C25C3/18;C25C3/36
• 代理公司: 南京智造力知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32382
• 代理人: 陳佳佳

本發(fā)明屬于鋁空氣電池及新能源材料領(lǐng)域，具體涉及一種鋁空氣電池用燃料鋁的制備方法；步驟為：將燃料鋁(鋁合金)在鋁空氣電池中消耗后，生成含有合金雜質(zhì)的Al(OH)₃，經(jīng)500℃?1200℃焙燒處理后，形成含合金氧化物的氧化鋁；再將該氧化鋁作為非碳陽極熔鹽鋁電解工藝的原料，經(jīng)過電解，氧化鋁和合金氧物直接生成鋁合金，即燃料鋁；非碳陽極熔鹽鋁電解工藝，采用陶瓷合金制作非碳陽極，TiB₂?C復(fù)合材料作陰極；電解質(zhì)采用氟化鹽體系，電解溫度700?950℃；電解過程非碳陽極發(fā)生析氧反應(yīng)，排放氧氣；鋁及合金金屬在陰極析出的同時(shí)合金化；通過本發(fā)明的方法能夠使燃料鋁的生產(chǎn)、應(yīng)用和回收形成清潔環(huán)保的閉循環(huán)，安全環(huán)保。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋁空氣電池及新能源材料領(lǐng)域，具體涉及一種鋁空氣電池用燃料鋁的制備方法。

背景技術(shù)

鋁空氣電池是一種將儲(chǔ)存于燃料內(nèi)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，具有比能量高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種節(jié)能、高效的發(fā)電系統(tǒng)。此外，鋁空氣電池?zé)o污染排放，符合清潔環(huán)保的社會(huì)理念，所以鋁空氣電池具有非常廣闊的應(yīng)用前景。鋁合金電極是鋁空氣電池的關(guān)鍵部件之一，對(duì)電池的壽命以及電能轉(zhuǎn)化效率等起著決定性的影響。鋁合金電極由燃料鋁加工而成，而燃料鋁又是通過原鋁重熔，添加其它金屬元素，進(jìn)行合金化制得。

鋁具有質(zhì)量輕、良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性、可加工性以及構(gòu)成高強(qiáng)度、耐腐蝕性的合金等優(yōu)良性能，而被廣泛應(yīng)用。用于汽車、飛機(jī)的制造，則可以是使其輕量化，更加節(jié)能環(huán)保，用于鋁空氣電池，則沒有污染。然而，在實(shí)際的工業(yè)中，原鋁的生產(chǎn)過程需要大量的能量消耗，并且伴隨著大量的溫室氣體排放(CO₂、CFx)。

目前，原鋁的生產(chǎn)主要采用熔鹽電解法，工業(yè)化的預(yù)焙炭陽極鋁電解槽是生產(chǎn)原鋁的主要設(shè)備。每生產(chǎn)1噸原鋁需要消耗13500kWh以上的交流電，消耗500kg左右的炭陽極，排放1.8噸以上的CO₂和CFx。炭陽極的制備過程不僅排放CO₂而且排放SOx、瀝青煙、粉塵等，如果計(jì)入用煤發(fā)電的CO₂排放、以及考慮CFx的溫室作用強(qiáng)于CO₂一萬倍，那么每生產(chǎn)1噸原鋁，折算的當(dāng)量CO₂的排放大于20噸。

鋁空氣電池中一般不采用原鋁做電極，因?yàn)殇X表面極易形成氧化膜，導(dǎo)致鋁的電化學(xué)活性受到抑制，降低電極電勢(shì)。此外，鋁在強(qiáng)堿性的電解質(zhì)環(huán)境下產(chǎn)生析氫腐蝕，導(dǎo)致電極壽命降低、電流轉(zhuǎn)化效率降低。所以通常需要添加其它金屬元素，以改善鋁電極的缺陷。從目前公開發(fā)表的文獻(xiàn)中看，鎵、銦、鎂、鋅、鉛、鉍、錫、鎘、錳等是增加鋁電極活性，抑制腐蝕的重要添加元素；當(dāng)然這些金屬元素的添加量都非常小，并且需要與鋁形成合金化以后，才能夠起到良好的作用。

鋁合金是通過原鋁再次重熔，添加所需的金屬元素，充分混合，并通過特殊的工藝使添加的元素與鋁形成合金化，而不偏析，不燒損或少燒損。

正因?yàn)楫?dāng)前原鋁生產(chǎn)增加嚴(yán)重的環(huán)境負(fù)荷，鋁合金電極所用燃料鋁的來源與制備過程非常重要，燃料鋁制備過程是否節(jié)能環(huán)保，將會(huì)對(duì)鋁空氣電池實(shí)際的推廣應(yīng)用起到?jīng)Q定性的影響，阻礙鋁空氣電池的推廣和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種能夠滿足鋁空氣電池使用的燃料鋁的制備方法。燃料鋁(鋁合金)在鋁空氣電池中消耗后，生成含有合金雜質(zhì)的Al(OH)₃；將該Al(OH)₃焙燒處理后，形成含合金氧化物的氧化鋁；再將該氧化鋁，作為非碳陽極熔鹽鋁電解工藝的原料，經(jīng)過電解，氧化鋁和合金氧物直接再生成鋁合金，即燃料鋁。

該非碳陽極熔鹽鋁電解工藝過程，排放的是氧氣，無二氧化碳等溫室氣體排放，從而使燃料鋁的生產(chǎn)、使用、回收形成清潔環(huán)保的閉路循環(huán)。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種鋁空氣電池用燃料鋁的制備方法，具體的步驟如下：