CN106898843A - 一种金属/空气电池用电解质及其制备和应用 - Google Patents

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Abstract

一种金属/空气电池用电解质，包括碱性电解质溶液和添加剂；所述电解质为粘稠状固液混合物；所述添加剂在碱性溶液中具有化学稳定性和粘度；所述添加剂的质量占电解质总质量的0.1％-5％。所述添加剂于碱性溶液中的粘度为0.1-30Pa·s，所述添加剂粒径为1-100μm。所述添加剂为聚丙烯酸酯、黄原胶、卡拉胶中的一种或两种以上的混合物。所述电解质的制备方法，(1)于氢氧根浓度为4mol/L-7.5mol/L的氢氧化钾和/或氢氧化钠中，加入添加剂并持续搅拌得固液混合物；(2)将步骤(1)所得固液混合物置于真空条件下，于30-100℃条件下干燥5-20min后得电解质。与现有技术相比，本发明所述电解质可有效解决金属/空气电池因电解液泄露、电池密封困难造成的安全隐患问题，增强电池实际使用工况能力。

Description

一种金属/空气电池用电解质及其制备和应用
技术领域
本发明涉及金属/空气电池领域，尤其涉及金属/空气电池用电解质。
背景技术
金属/空气电池是将金属(镁、铝、锌)燃料的化学能转化为电能的电化学反应装置。以锌/空气电池为例，电解质溶液多采用碱性氢氧化钾溶液。氢氧化钾水溶液具有较强腐蚀性使电池密封困难，并容易泄露带来安全隐患。在保持电解质溶液较高电导率条件下，在碱性电解质体系中加入一定添加剂使其成粘稠状态是解决电解液密封问题的有效技术途径之一。
现有技术在碱性电解液中添加聚丙烯酸盐在一定程度上可以提高电解液的粘稠度，但未能解决电解液泄露问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，采用以下具体方案来实现：
一种金属/空气电池用电解质，所述电解质为粘稠状固液混合物；包括碱性电解质溶液和添加剂；所述添加剂在碱性电解质溶液中具有化学稳定性和粘度；所述添加剂的质量占电解质总质量的0.1％-5％。
所述电解质的粘度为0.1-30Pa·s。电解质的粘度过大，不利于电池稳定放电，，电解质的粘度过小，碱液较易流动，很难起到密封作用。
所述添加剂粒径为1-100μm。添加剂粒径过大在电解液中易沉淀，粒径过小易团聚、造成分散不均匀。
所述添加剂为聚丙烯酸酯、黄原胶、卡拉胶中的一种或两种以上的混合物。聚丙烯酸酯、黄原胶、卡拉胶在碱性电解质溶液中离子电导率较高，并具有一定的增稠作用，在不影响电池放电性能的条件下，使电解液粘稠度增加，不易外漏。
所述碱性电解质溶液为氢氧化钾或氢氧化钠中的一种或二种以上的水溶液，所述碱性电解质溶液中氢氧根离子的浓度为4mol/L-7.5mol/L。
所述电解质的制备方法，包括以下步骤，
(1)于氢氧根浓度为4mol/L-7.5mol/L的氢氧化钾和/或氢氧化钠的水溶液中，加入添加剂并持续搅拌得固液混合物；
(2)将步骤(1)所得固液混合物置于真空条件下，于30-100℃条件下处理5-20min后得电解质；
步骤(1)中所述添加剂的质量占电解质总质量的0.1％-5％。
步骤(1)所述添加剂在碱性电解质溶液中具有化学稳定性和粘度；所述电解质的粘度为0.1-30Pa·s，所述电解质的粘度较优为5-30Pa·s，所述添加剂粒径为1-100μmμm。
步骤(1)所述添加剂为聚丙烯酸酯、黄原胶、卡拉胶中的一种或两种以上的混合物。
步骤(1)所述搅拌，其速度为60-1000rpm，搅拌时间为5-20min；所述搅拌速度较优为400-800rpm，搅拌时间较优为8-12min。搅拌速度过慢添加剂不易分散均匀，搅拌速度过快易造成添加剂飞溅。所述电解质为碱性金属/空气电池电解质；所述金属/空气电池为镁/空电池、锌/空电池、铝/空电池中的一种。
与现有技术相比，本发明所述金属/空气电池用电解质具有如下优点：
1.电解质溶液形成粘稠状便于电池组携行使用、电池组可倾斜、倒立一定角度。
2.使用此种电解质溶液的电池在运输过程中会降低电解液泄露的可能和泄露程度，增强使用安全性。
附图说明
图1为采用本发明所述电解质在锌/空气电池中的放电性能曲线。实施例一为1.4％黄原胶作为电解质溶液在锌/空气电池50mA/cm2放电性能曲线，实施例二为1.4％卡拉胶作为电解质在锌/空气电池50mA/cm2放电性能曲线。从图中可以看出1.4％黄原胶作为电解质较1.4％卡拉胶作为电解质，锌/空气电池放电性能高。
具体实施方式
为进一步说明本发明，列举以下实施例，但本发明不限于下述实施例。
实施例一：
配制7mol/LKOH溶液165ml,称取黄原胶3克，黄原胶的粒径为20μm，将其缓慢加入碱性溶液中并用玻璃棒不断搅拌，然后将其置于搅拌机中搅拌，转速为500rpm，搅拌时间为10min。将上述电解质置于真空条件下，在40℃条件下干燥20min即制备成电解质。将电解质溶液注入锌/空气电池单池壳体中，进行放电性能测试。
所述锌/空气电池中，锌阳极为98.5％锌粉与1.5％聚丙烯酸钠组成，空气阴极由扩散层、铜集流体、催化层组成，其中扩散层由质量80％活性炭与20％PTFE组成，催化层由质量20％的质量担载量为10％Ag-MnOx(X＝1-2)催化剂,70％活性炭与10％PTFE组成，电解液为7mol/LKOH溶液，单电池放电制度为50mA/cm2恒流放电。
实施例二：
配制7mol/LKOH溶液165ml,称取卡拉胶3克卡拉胶的粒径为20μm,将其缓慢加入碱性溶液中并用玻璃棒不断搅拌，然后将其置于搅拌机中搅拌，转速为500rpm，搅拌时间为10min。将上述电解质置于真空条件下，在40℃条件下干燥20min即制备成电解质。将电解质溶液注入锌/空气电池单池壳体中，进行放电性能测试。
所述锌/空气电池中，锌阳极、阴极以及单电池放电条件与实施例一相同。

Claims (10)

1.一种金属/空气电池用电解质，其特征在于：所述电解质为粘稠状固液混合物；包括碱性电解质溶液和添加剂；所述添加剂在碱性电解质溶液中具有化学稳定性和粘度；所述添加剂的质量占电解质总质量的0.1％-5％。
2.如权利要求1所述电解质，其特征在于：所述电解质的粘度为0.1-30Pa·s。
3.如权利要求1所述电解质，其特征在于：所述添加剂粒径为1-100μm。
4.如权利要求1-3任一所述电解质，其特征在于：所述添加剂为聚丙烯酸酯、黄原胶、卡拉胶中的一种或两种以上的混合物。
5.如权利要求1所述电解质，其特征在于：所述碱性电解质溶液为氢氧化钾或氢氧化钠中的一种或二种以上的水溶液，所述碱性电解质溶液中氢氧根离子的浓度为4mol/L-7.5mol/L。
6.如权利要求1-5任一所述电解质的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
(1)于氢氧根浓度为4mol/L-7.5mol/L的氢氧化钾和/或氢氧化钠的水溶液中，加入添加剂并持续搅拌得固液混合物；
(2)将步骤(1)所得固液混合物置于真空条件下，于30-100℃条件下处理5-20min后得电解质；
步骤(1)中所述添加剂的质量占电解质总质量的0.1％-5％。
7.如权利要求6所述电解质的制备方法，其特征在于：
步骤(1)所述添加剂在碱性电解质溶液中具有化学稳定性和粘度；所述电解质的粘度为0.1-30Pa·s，所述添加剂粒径为1-100μm。
8.如权利要求6所述电解质的制备方法，其特征在于：
步骤(1)所述添加剂为聚丙烯酸酯、黄原胶、卡拉胶中的一种或两种以上的混合物。
9.如权利要求6所述电解质的制备方法，其特征在于：
步骤(1)所述搅拌，其速度为60-1000rpm，搅拌时间为5-20min；所述搅拌速度
较优为400-800rpm，搅拌时间较优为8-12min。
10.一种权利要求1-5任一所述电解质的应用，其特征在于：
所述电解质为碱性金属/空气电池电解质；所述金属/空气电池为镁/空电池、锌/空电池、铝/空电池中的一种。
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