CN104051819A - 电解液循环式锌空气电池电解液添加剂 - Google Patents

电解液循环式锌空气电池电解液添加剂 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电池技术领域，具体的说是一种电解液循环式锌空气电池的电解液添加剂。添加剂为α—羟基羟酸盐、胺类物质和季铵盐中几种，所述添加剂添加量为电解液总重量的0.1-0.15%。本发明所述的电解液添加剂溶于常规的电解液循环式锌空气电池电解液，按正常生产工艺制备电解液循环式锌空气电池。电池处于正常放电时，添加剂可以有效的减少锌枝晶的产生，起到保护隔膜的作用。同时该添加剂还具有一定抑制电池自放电和促进氧化锌形成的作用，结合电解液循环式锌空气电池自身的循环系统，可以提高电解液循环式锌空气电池的循环稳定性和燃料的利用率。

Description

电解液循环式锌空气电池电解液添加剂
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体的说是一种电解液循环式锌空气电池电解液添加剂。
技术背景
锌空气电池作为高性能的绿色化学电源，具有容量大、比能量高、成本低、放电性能稳定、安全、零污染、大功率及材料可再生等特点，己成为当今世界能源领域的开发热点。特别是随着人们对环境问题的日益重视和能源危机的不断加重，我们对电动交通工具的渴望比以往任何时候都迫切，而锌空气电池的上述特点使其成为车载动力电池的重要选项之一。
作为动力的锌空电池通常分为机械充电式和电解液循环式两种。机械充电式的结构简单，造价比较低，但锌燃料的利用不高，而且更换锌极也比较麻烦，商业化运作成本高。我们提出的电解液循环式锌空气电池不同于之前的“注入式”锌空气电池。其区别在于我们的电解液循环式的设计可以把反应生成的氧化锌带出电池反应腔，保持锌燃料的反应活性。而“注入式”锌空气电池的反应生成物氧化锌没有排除电池腔外，随着反应的进行，电池的内阻会不断升高，最终导致电池不能放电。
动力型的锌空气电池一般以KOH溶液为电解液，锌负极在碱性环境中，与从空气电极扩散来的氧发生电化学反应生成氧化锌。在影响锌空气电池性能的众多因素中，除了电极材料本身的性质外，电解液也起着非常重要的作用。电解液作为电池的重要组成部分之一，其组成、浓度、和所使用的添加剂对电池的性能都有很大影响。
发明内容
本发明的目的是为了提高电解液循环式锌空气电池的放电性能，提供的一种电解液循环式锌空气电池电解液添加剂。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种电解液循环式锌空气电池电解液添加剂，添加剂为α—羟基羟酸盐与胺类物质的复配或α—羟基羟酸盐、胺类物质和季铵盐的复配，所述添加剂添加量为电解液总重量的0.1-0.15%。
所述α—羟基羟酸盐、胺类物质、季铵盐与电解液的质量比为0.3～0.5∶0.3～0.5∶0.01～0.03∶100；
或所述α—羟基羟酸盐、胺类物质与电解液的质量比为0.3～0.5∶0.3～0.5∶100。
所述α—羟基羟酸盐为柠檬酸钠或苹果酸钠；胺类物质为二乙醇胺或三乙醇胺；季铵盐为十六烷基三甲基溴化铵或四丁基溴化铵。
所述添加剂与电解液之间的质量比具体为：
柠檬酸钠：二乙醇胺：十六烷基三甲基溴化铵∶电解液=0.5∶0.5∶0.01∶100；
柠檬酸钠：二乙醇胺：四丁基溴化铵∶电解液=0.5∶0.5∶0.01∶100；
柠檬酸钠：二乙醇胺：电解液=0.5∶0.5∶100。
柠檬酸钠：三乙醇胺：十六烷基三甲基溴化铵∶电解液=0.5∶0.5∶0.01∶100。
苹果酸钠:二乙醇胺：十六烷基三甲基溴化铵∶电解液=0.5∶0.5∶0.01∶100。
苹果酸钠:二乙醇胺：四丁基溴化铵∶电解液=0.5∶0.5∶0.01∶100。
苹果酸钠:二乙醇胺：电解液=0.5∶0.5∶100。
苹果酸钠:三乙醇胺：十六烷基三甲基溴化铵∶电解液=0.5∶0.5∶0.01∶100。
在锌空气电池电解液中添加α—羟基羟酸盐、胺类物质和季铵盐中几种，以达到抑制锌电极自放电，加快氧化锌生成速率的目的。先将α—羟基羟酸盐、胺类物质和季铵盐中的一种或几种的混合均匀后，一同加入电解液中。所述添加剂不仅适用于电解液循环式锌空气电池电解液，同时适用于其他形式的锌空气电池电解液。所述电解液为7mol/L氢氧化钾溶液。
所谓电解液循环式锌空气电池是指，利用电解液从电池到过滤槽的循环过程，将放电产物氧化锌一同循环输送到过滤槽中，当电解液通过过滤槽中的滤膜时，氧化锌会停留在滤膜上被过滤出来，电解液中的其他组分会通过滤膜并被重新输送到电池腔中，循环使用。
本发明所具有的优点：本发明所述的电解液添加剂溶于常规的电解液循环式锌空气电池电解液，按正常生产工艺制备电解液循环式锌空气电池。电池处于正常放电时，添加剂可以有效的减少锌枝晶的产生，起到保护隔膜的作用。同时该添加剂还具有一定抑制电池自放电和促进氧化锌形成的作用，结合电解液循环式锌空气电池自身的循环系统，可以提高电解液循环式锌空气电池的循环稳定性和燃料的利用率。
具体实施方式
下面是本发明的一些实例，仅作为例证，而不应看作是对任何方面有所限制。显然，对于本领域的技术人员来说，在不偏离公开内容的精神和范围以及权益要求范围的前提下，可根据前述公开内容和讨论对本发明进行改进和深化。
本发明通过析氢实验，锌电极Tafel曲线的测定，考察添加剂的缓蚀性能。在析氢实验中，单位时间内，锌电极析出的氢气量大，说明有机物的缓蚀效果差，自放电现象明显；反之，有机物的缓蚀效果好，能有效改善锌电极自放电现象。
实施例1
电解液添加剂为α—羟基羟酸盐、胺类物质和季铵盐中几种物质的混合；其中α—羟基羟酸盐为柠檬酸钠；胺类物质为二乙醇胺或三乙醇胺；季铵盐为十六烷基三甲基溴化铵或四丁基溴化铵；所用的电池为电解液循环式锌空气电池，正极是由活性炭、乙炔黑和塑料粉制备的空气电极，负极为锌粒。基础电解液为7mol/L氢氧化钾溶液；具体电解液组成如下：
A：柠檬酸钠：二乙醇胺：十六烷基三甲基溴化铵∶7mol/L氢氧化钾溶液=0.5∶0.5∶0.01∶100（质量比）。
B：柠檬酸钠：二乙醇胺：四丁基溴化铵∶7mol/L氢氧化钾溶液=0.5∶0.5∶0.01∶100（质量比）。
C:柠檬酸钠：二乙醇胺：7mol/L氢氧化钾溶液=0.5∶0.5∶100（质量比）。D:柠檬酸钠：三乙醇胺：十六烷基三甲基溴化铵∶7mol/L氢氧化钾溶液=0.5∶0.5∶0.01∶100（质量比）。
表1柠檬酸钠、二乙醇胺、三乙醇胺和十六烷基三甲基溴化铵、四丁基溴化铵复配使用析氢实验结果
表2锌电极在空白碱液和含柠檬酸钠、二乙醇胺、三乙醇胺和十六烷基三甲基溴化铵、四丁基溴化铵碱液中电化学参数
表3锌电极在空白碱液和含柠檬酸钠、二乙醇胺、三乙醇胺和十六烷基三甲基溴化铵、四丁基溴化铵碱液中的极大峰电流值iP和ZnO生成速率
实施例2
电解液添加剂为α—羟基羟酸盐、胺类物质和季铵盐中几种物质的混合；其中α—羟基羟酸盐为苹果酸钠；胺类物质为二乙醇胺或三乙醇胺；季铵盐为十六烷基三甲基溴化铵或四丁基溴化铵；
所用的电池为电解液循环式锌空气电池，正极是由活性炭、乙炔黑和塑料粉制备的空气电极，负极为锌粒。基础电解液为7mol/L氢氧化钾溶液。具体电解液组成如下：
E:苹果酸钠:二乙醇胺：十六烷基三甲基溴化铵∶7mol/L氢氧化钾溶液=0.5∶0.5∶0.01∶100（质量比）。
F：苹果酸钠:二乙醇胺：四丁基溴化铵∶7mol/L氢氧化钾溶液=0.5∶0.5∶0.01∶100（质量比）。
G:苹果酸钠:二乙醇胺∶7mol/L氢氧化钾溶液=0.5∶0.5∶100（质量比）。
H:苹果酸钠:三乙醇胺：十六烷基三甲基溴化铵∶7mol/L氢氧化钾溶液=0.5∶0.5∶0.01∶100（质量比）。
表4苹果酸钠、二乙醇胺、三乙醇胺和十六烷基三甲基溴化铵、四丁基溴化铵复配使用析氢实验结果
表5锌电极在空白碱液和含有苹果酸钠、二乙醇胺、三乙醇胺、十六烷基三甲基溴化、四丁基溴化铵铵碱液中电化学参数
表6锌电极在空白碱液和含苹果酸钠、二乙醇胺、三乙醇胺、十六烷基三甲基溴化铵、四丁基溴化铵中的极大峰电流值iP和ZnO生成速率
根据以上实例可以得出，当7mol/L氢氧化钾溶液加入由柠檬酸钠、苹果酸钠、二乙醇胺、三乙醇胺和十六烷基三甲基溴化铵、四丁基溴化铵中的几种物质复配而成的电解液添加剂时，析氢速率减小，有效抑制锌电极的自放电，腐蚀电流减小，锌电极腐蚀效率降低，且氧化锌生成速率加快。其中添加比例为柠檬酸钠：二乙醇胺：十六烷基三甲基溴化铵∶7mol/L氢氧化钾溶液=0.5∶0.5∶0.01∶100（质量比）时，效果最好。
本发明的电解液添加剂有效的保障了电解液循环式锌空气电池运行的稳定性，并促进了电解液循环式锌空气电池规模化应用。

Claims (4)

1.一种电解液循环式锌空气电池电解液添加剂，其特征在于：添加剂为α—羟基羟酸盐与胺类物质的复配或α—羟基羟酸盐、胺类物质和季铵盐的复配，所述添加剂添加量为电解液总重量的0.1-0.15%。
2.按权利要求1所述的电解液循环式锌空气电池电解液添加剂，其特征在于：所述α—羟基羟酸盐、胺类物质、季铵盐与电解液的质量比为0.3～0.5∶0.3～0.5∶0.01～0.03∶100；
或所述α—羟基羟酸盐、胺类物质与电解液的质量比为0.3～0.5∶0.3～0.5∶100。
3.按权利要求1或2所述电解液循环式锌空气电池电解液添加剂，其特征在于：所述α—羟基羟酸盐为柠檬酸钠或苹果酸钠；
胺类物质为二乙醇胺或三乙醇胺；
季铵盐为十六烷基三甲基溴化铵或四丁基溴化铵。
4.按权利要求3所述的电解液循环式锌空气电池电解液添加剂，其特征在于：所述添加剂与电解液之间的质量比具体为：
柠檬酸钠：二乙醇胺：十六烷基三甲基溴化铵∶电解液=0.5∶0.5∶0.01∶100；
柠檬酸钠：二乙醇胺：四丁基溴化铵∶电解液=0.5∶0.5∶0.01∶100；
柠檬酸钠：二乙醇胺：电解液=0.5∶0.5∶100;
柠檬酸钠：三乙醇胺：十六烷基三甲基溴化铵∶电解液=0.5∶0.5∶0.01∶100;
苹果酸钠:二乙醇胺：十六烷基三甲基溴化铵∶电解液=0.5∶0.5∶0.01∶100;
苹果酸钠:二乙醇胺：四丁基溴化铵∶电解液=0.5∶0.5∶0.01∶100;
苹果酸钠:二乙醇胺：电解液=0.5∶0.5∶100;
苹果酸钠:三乙醇胺：十六烷基三甲基溴化铵∶电解液=0.5∶0.5∶0.01∶100。
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