CN103545578A - 一种镁空气电池的电解液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镁空气电池的电解液。该电解液为醋酸盐与醋酸形成的缓冲溶液体系。所述醋酸盐为醋酸镁、醋酸钙、醋酸钡、醋酸锶、醋酸钠、醋酸钾、醋酸锂中的一种或几种。与现有技术相比，本发明提供的电解液使用过程中性能衰减较慢，能实现再生，从而能使镁空气电池维护周期延长。
Description
技术领域
本发明属于电池领域，特别是涉及一种在镁空气电池中使用的电解液。
随着科学技术的发展，移动电子设备、通讯设备、电动汽车、检测仪器仪表等用电器对电池的依赖程度越来越高，电池技术已经成为制约电子产品和电动汽车进一步发展的瓶颈，世界各国商业机构和学术机构争相进行高容量，高安全性、低成本电池的开发研究。金属空气燃料以活泼金属为燃料，替换了传统的污染的化石能源，大容量、低成本、无毒无污染、高比能量和高比功率等优点，被称为“面向21世纪的绿色能源”。
镁资源在地球上储量丰富，仅海水中就有1800万亿吨镁资源，能够基本满足世界对能源的需求。同时镁是目前实际使用的工程材料中最为活泼的金属之一，有较低的电极电势，其标准电极电位为-2.37V，这使得镁空气电池有较高的开路电压。镁金属具有较大的电化学当量（2.2Ah/g），仅次于锂和铝，但是其密度仅1.74g/cm3，比铝氢，因此，镁空气燃料电池具有高的比能量。目前，镁空气燃料电池的能量密度已达到800wh/kg，相当于汽车用铅酸电池的30倍。正是由于这些优势，镁空气燃料电池成为各种商业机构和学术部门争相研究的对象。20世纪90年代初，Westinghouse公司研制出海洋应用的圆柱形海水电解质镁/空气燃料电池，其能量达到650kWh，设计寿命为15年。加拿大Greenvolt Power公司研制出100W和300W的镁/盐水/空气燃料电池，能量密度是铅酸电池的20倍以上。近来，韩国科技研究院的一个团队甚至已经成功完成了镁-空气电池驱动的汽车行驶测试，实验结果表明，镁空气电池是同等大小锂离子电池所持能量的5倍。镁空气燃料电池作为一种理想的高能电池，具有广阔的商业前景。
尽管镁空气电池的续航能力可以长达上十年，但是在使用过程中，电解液的寿命却并不具有相应的寿命，在电池的使用过程中，电解液会随着电池的使用，离子传导性能会逐渐衰减，导致电池内阻逐渐变大，工作电压逐渐降低，甚至严重影响电池的使用。这主要是电池使用过程中形成的氢氧化物沉淀具有一定的吸附性能，能够将电解液中的电解质盐离子吸附在沉淀表面，随沉淀一起沉降到电池底部，导致电解液中电解质盐的浓度逐渐减小，进而影响电池的正常使用。目前主要通过对电池定期更换电解液来恢复电解液的离子传导性能，周期一般在几十个小时，这相对于镁空气电池超长的续航能力，维护显得过于频繁，严重限制了镁空气电池的应用，也大大增加了电池的使用维护成本。
发明内容
针对现有电解液寿命不长的技术问题，本发明提出一种使用过程中性能衰减较慢、电池维护周期较长的镁空气电池的电解液。 本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种镁空气电池的电解液，为醋酸盐与醋酸配制而成的水溶液，其中：醋酸盐：8～20wt%；醋酸：0.002～0.08mol/L；其余为水。
上述镁空气电池的电解液中，醋酸盐为醋酸镁、醋酸钙、醋酸钠、醋酸钾、醋酸锂中的一种或者几种。
上述镁空气电池的电解液中，所述水溶液的pH值为6～7。
与现有技术相比，本发明的技术效果在于：(1)电解液采用缓冲盐体系，pH值为6～7，使得电解液略显酸性，有助于破坏镁的腐蚀产物膜，促进腐蚀产物的脱落，活化镁阳极，提高电池的性能；(2)电解液中醋酸根的引入有助于形成多孔疏松的氢氧化物沉淀，沉淀易于粉化，能有效避免因沉淀物导致的电池内部短路;（3）电解液为偏酸性水溶液，一方面，较低的pH值能有效调节溶液的等电点，阻止氢氧化物沉淀对电解质盐的吸附，从而延缓电解液性能的衰减；另一方面，由于醋酸的存在，能与生成的氢氧化镁沉淀反应，释放活性电解质盐醋酸镁，实现电解液的再生，从而有效延长电解液的使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于此。
实施例一
在1L质量百分数为20%的醋酸镁溶液中，加入冰醋酸0.08mol，得到pH值为6的水溶液，采用商用的AZ61镁合金为金属阳极，商用20%的Pt/C催化剂为空气阴极催化剂，组装成镁空气电池。该电池对LED连续供电150小时，电池性能稳定。这较常规的氯化钠电解液延长了一倍以上的工作时间。
实施例二
在1L质量百分数为8%的醋酸钠溶液中，加入冰醋酸0.002mol，得到pH值为7的水溶液，采用商用的AZ61镁合金为金属阳极，商用20%的Pt/C催化剂为空气阴极催化剂，组装成镁空气电池。该电池对LED连续供电150小时，电池性能稳定。这较常规的氯化钠电解液延长了一倍以上的工作时间。
实施例三
在1L质量百分数为8%的醋酸钠和10%醋酸钙混合溶液中，加入冰醋酸0.022mol，得到pH值为6.5的水溶液，采用商用的AZ61镁合金为金属阳极，商用20%的Pt/C催化剂为空气阴极催化剂，组装成镁空气电池。该电池对LED连续供电150小时，电池性能稳定。这较常规的氯化钠电解液延长了一倍以上的工作时间。
实施例四
在1L质量百分数为4%的醋酸锂和8%醋酸钡混合溶液中，加入冰醋酸0.007mol，得到pH值为6.8的水溶液，采用商用的AZ61镁合金为金属阳极，商用20%的Pt/C催化剂为空气阴极催化剂，组装成镁空气电池。该电池对LED连续供电150小时，电池性能稳定。这较常规的氯化钠电解液延长了一倍以上的工作时间。
Claims (3)
1.一种镁空气电池的电解液，其特征在于：该电解液为醋酸盐与醋酸配制而成的水溶液，其中：
醋酸盐：8～20wt%；
醋酸：0.002～0.08mol/L；
其余为水。
2.根据权利要求1所述的镁空气电池的电解液，其特征在于：所述醋酸盐为醋酸镁、醋酸钙、醋酸钡、醋酸锶、醋酸锂、醋酸钠、醋酸钾中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的镁空气电池的电解液，其特征在于：所述水溶液的pH值为6～7。
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