[發明專利]一種鋁-空電池、鋁-空電池電解液及其制備方法

在審

• 申請號: 202111477043.5
• 申請日: 2021-12-06
• 公開（公告）號: CN114122570A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 曾和平;楊坤;胡夢云;馮光;李晏
• 申請（專利權）人: 華東師范大學重慶研究院;云南華譜量子材料有限公司;上海朗研光電科技有限公司;華東師范大學
• 主分類號: H01M12/06
• 分類號: H01M12/06;H01M6/00
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 項曉丹

本發明公開了一種鋁?空電池、鋁?空電池電解液及其制備方法，鋁?空電池電解液包括堿性電解液和緩蝕劑，所述緩蝕劑包括葡萄糖和氧化鋅。鋁?空電池包括陽極、陰極和上述電解液，所述陽極為金屬鋁或鋁合金，所述陰極為石墨烯包覆的介孔MnO₂。采用本方案的電解液制成的鋁?空電池能夠大大緩解鋁?空電池的析氫自腐蝕現象，提高電池使用安全性和穩定性，同時減少電池發熱現象。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，具體涉及一種鋁-空電池、鋁-空電池電解液及其制備方法。

背景技術

在21世紀，能源作為經濟發展的基本驅動力引起了人們的廣泛關注；電池屬于一種常用備用儲存能源的裝置，化學動力電池已經取得了相當大的進展，如鋰離子電池，超級電容器和燃料電池；在這些新的能源解決方案中，金屬-空氣燃料電池被認為是一種很有前途的電池，由于其能量密度高，成本低，安全性好，應用于新一代電子產品、電動汽車和儲能設備的電源。

金屬-空氣電池中，體系內陰極為氧氣（使用催化劑進行氧還原），金屬陽極常用的有鎂、鋅、鋰、鋁等，鋁-空氣電池因其理論容量高（理論比能量8100Wh/kg），陽極材料成本較低（陽極（負極）為金屬鋁價格便宜，易加工等）而深受行業的廣泛關注；鋁-空氣電池的優點十分顯著，同樣缺點也十分明顯，其主要的缺點是鋁在堿性溶液中會出現嚴重的自腐蝕現象（反應方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑）上述反應中由于有氫氣的產生，不僅會產生大量氣泡，而且也嚴重影響到電池本身使用的安全性和穩定性，另外，上述反應會放出大量的熱量而造成電池的發熱，電池發熱則會造成電解液溶劑流失的加快，可以說鋁-空氣電池中鋁的析氫自腐蝕現象已經嚴重影響到鋁-空電池的推廣和應用。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明要解決的技術問題是：如何提供一種能夠大大緩解鋁-空電池的析氫自腐蝕現象，提高電池使用安全性和穩定性，同時減少電池發熱現象的鋁-空電池的電解液。

另外，本發明還提供一種鋁-空電池電解液的制備方法以及具有該電解液的鋁-空電池。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種鋁-空電池電解液，包括堿性電解液和緩蝕劑，所述緩蝕劑包括葡萄糖和氧化鋅。

本發明的工作原理是：本方案通過再堿性電解液中加入緩蝕劑，利用葡萄糖和氧化鋅的共同作用來共同抑制析氫自腐蝕現象的發生。

其中，氧化鋅在堿性水溶液中可以附著在金屬陽極表面，在表面形成具有較高電位的鋅保護層，從而抑制析氫自腐蝕現象的發生；同時，葡萄糖作為一種天然有機碳水化合物，其結構中含五個羥基，鋅離子正電性與葡萄糖羥基負電結合將進一步生成保護層，共同發揮出協同作用以進一步抑制析氫自腐蝕現象的發生，從而通過抑制析氫自腐蝕現象的發生來減少氫氣的產生，以此來提高電池本身使用的安全性和穩定性，同時也減少了析氫自腐蝕發熱的問題，由此也可以兼顧較大電流、較高電壓的情況。

另外，本方案通過在堿性電解液中加入葡萄糖，葡萄糖結構中含五個羥基（OH^-），其相對于同類有機物具有較高的電負性，因此葡萄糖的加入有利于電池腐蝕產物的脫落，增大電池陽極與電解液接觸的面積，從而提高其放電電流；另外，葡萄糖除能夠抑制析氫自腐蝕現象外，在堿性電解液的制備過程中，在將葡萄糖和堿性固體粉末混合加入到去離子水中制備電解液時，堿性固體粉末會出現溶解放熱現象，由此形成水熱反應條件，葡萄糖在該條件下能夠在局部較高濃度堿性條件下產生碳量子點，產生的碳量子點對電池的催化效果有促進作用。

因此本方案能大大緩解鋁-空電池的析氫自腐蝕現象，提高電池使用安全性和穩定性，同時減少電池發熱現象，同時還能提高放電電流并提高催化效果。

優選的，鋁-空電池電解液還包括添加劑，所述添加劑包括羧甲基纖維素鈉。