CN109536131B - 一种水系碱性电解液及其制备方法 - Google Patents

一种水系碱性电解液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水系碱性电解液，所述水系碱性电解液包括下述重量份的原料：水、弱碱性盐、增稠剂；所述弱碱性盐为：乙酸钾、乙酸钠或乙酸钙的一种；所述增稠剂为：琼脂、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠或聚乙烯醇的一种。本发明的有益效果为：本发明所述水系碱性电解液在弱碱性盐中加入增稠剂，弱碱性盐为电化学反应提供氢氧根离子，而加入的增稠剂聚丙烯酸钠的粘度很高，可防止电解液在高温低湿的环境中挥发，即本发明所述水系碱性电解液，在高温低湿环境中电解液易挥发，导致电解液浓度升高结晶、影响传感器使用寿命的问题；所述水系碱性电解液的粘度适中，即避免了电解液的挥发又不影响电路中离子的传输速度。

Description

一种水系碱性电解液及其制备方法
技术领域
本发明涉及电化学传感器电解液领域，具体涉及一种水系碱性电解液及其制备方法。
背景技术
电池电解液的性能决定了电池体系的储能量和能量密度，而长时间的电池储存会出现电解液挥发，结晶固体堵塞各种细孔及金属电极被腐蚀等问题，进而影响电池的使用寿命。现有电化学氧气传感器，在使用过程中存在电解液挥发严重、易结晶堵塞各种细孔等问题。如：含铅电化学氧气传感器使用的低粘度电解液在高温低湿环境中挥发严重，影响传感器的使用寿命；而高粘度的电解液则影响内电路中离子传输速度，大大延长传感器的相应时间。有的电化学传感器为避免挥发，在酸性电解液中添加琼脂、聚丙烯酸钠等添加剂增加电解液的粘度，降低传感器在高温低湿环境中的挥发速度，但是在电化学氧气传感器中对电极铅长期浸泡在酸性电解液中，其化学腐蚀速度远大于在碱性电解液中的化学腐蚀速度，并且化学腐蚀产生的氧化铅会堆积在铅电极上，使电化学反应速率减缓甚至停止，缩短了传感器的使用寿命。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种水系碱性电解液及其制备方法,该水系碱性电解液能防止电解液挥发，且能沉积在使用过程中生成的氧化铅固体，不影响电解液中氢氧根离子移动。
为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：
一种水系碱性电解液，包括下述重量份的原料：水150-300份、弱碱性盐100-200份、增稠剂0.5-1份；
所述弱碱性盐为：乙酸钾、乙酸钠或乙酸钙的一种；
所述增稠剂为：琼脂、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠或聚乙烯醇的一种。
进一步地，所述水系碱性电解液，包括下述重量份的原料：水300份、弱碱性盐200份、增稠剂1份；
所述弱碱性盐为：乙酸钾、乙酸钠或乙酸钙的一种；
所述增稠剂为：琼脂、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠或聚乙烯醇的一种。
琼脂是植物胶的一种，是由海藻中提取的多糖体，是目前世界上用途最广泛的海藻胶之一。具有凝固性、稳定性，能与一些物质形成络合物等物理化学性质，可用作增稠剂、凝固剂、乳化剂、保鲜剂和稳定剂。
羧甲基纤维素钠是当今世界上使用范围最广、用量最大的纤维素种类。易溶于水、溶液透明，在碱性溶液中很稳定，具有粘合、增稠、增强的功效。
聚丙烯酸钠是一种新型功能高分子材料和重要化工产品，对温度变化稳定，具有固定金属离子的作用，能阻止金属离子对产品的消极作用，是一种具有多种特殊性能的表面活性剂。
聚乙烯醇是重要的化工原料，可作为织物处理剂、乳化剂、粘合剂等。
进一步地，所述水为去离子水。
进一步地，所述弱碱性盐为乙酸钾。
进一步地，所述增稠剂为聚丙烯酸钠。
电化学氧气传感器的反应方程式为：
2Pb+O2＝2PbO；O2+2H2O+4e-→4OH-；2Pb+4OH-→2PbO+H2O+4e-
由反应方程式可知，水系碱性电解液为电化学反应提供了足够的水媒介；维持电化学反应所需的氢氧根离子；为内电路的连通提供离子移动通道。
乙酸钾是一种弱酸强碱类电解质，溶解在水溶剂中即可发生电离反应，化学反应式为：
CH3COOK＝CH3COO-+K+
其电离产物乙酸根离子又可以进一步发生水解反应，化学反应式为：
CH3COO-+H2O≒CH3COOH+OH-
即乙酸钾可以为电化学反应提供所需的氢氧根离子，且水解反应是可逆反应，维持电解液的pH值稳定。
聚丙烯酸钠是一种具有多种特殊性能的表面活性剂，对温度变化比较稳定，具有固定金属离子的作用，能阻止金属离子对产品的消极作用，且粘度约为海藻酸钠粘度的15-20倍，所以很少的添加量即能得到较高的粘稠度，进而防止电解液在高温低湿的环境中挥发，而影响传感器的使用寿命。
所述一种水系碱性电解液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将弱碱性盐溶解于水中，并搅拌混合均匀，得弱碱性盐水溶液；弱碱性盐为电化学反应提供氢氧根离子；
(2)调节弱碱性盐水溶液的pH为8.5-9.5；
(3)搅拌混合后，向步骤(2)所得溶液中加入增稠剂，搅拌混合均匀，得所述水系碱性电解液。向步骤(2)中加入增稠剂后，一般搅拌3-4h，增稠剂可完全溶解，为了加快增稠剂的溶解，可进行加热，加热的温度保持在30-40℃的范围内。
增稠剂的加入可以增大水系溶液的粘稠度，解决电解液在高温低湿环境中的挥发影响传感器使用寿命的问题，而且，增稠剂的加入对电解液中氢氧根离子的移动影响很小，几乎不影响传感器的其他性能，大大延长了传感器的使用寿命。
进一步地，步骤(2)中，使用0.1mol/l的氢氧化钾调节弱碱性盐水溶液的pH。即所述的水系碱性电解液的pH值为碱性，在解决电解液在高温低湿环境中易挥发问题的同时，保持电解液的pH为碱性，不改变电解液的pH及导电性，保证电解液的正常使用。
进一步地，步骤(3)中，待搅拌混合30-40min后，再加入增稠剂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明所述水系碱性电解液在弱碱性盐中加入增稠剂，弱碱性盐为电化学反应提供氢氧根离子，而加入的增稠剂聚丙烯酸钠的粘度很高，可防止电解液在高温低湿的环境中挥发，即本发明所述水系碱性电解液，在高温低湿环境中电解液易挥发，导致电解液浓度升高结晶、影响传感器使用寿命的问题；所述水系碱性电解液的粘度适中，即避免了电解液的挥发又不影响电路中离子的传输速度。
本发明所述水系碱性电解液的pH值为碱性，对电化学氧气传感器中电极铅的腐蚀性比较小，即所述的电解液在解决高温低湿易挥发问题的同时，不影响其使用寿命。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件按照说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
一种水系碱性电解液，包括下述重量份的原料：水150kg、弱碱性盐100kg、增稠剂0.5kg；
所述弱碱性盐为：乙酸钾；
所述增稠剂为聚丙烯酸钠。
所述水系碱性电解液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将弱碱性盐溶解于水中，并搅拌混合均匀，得弱碱性盐水溶液；
(2)调节弱碱性盐水溶液的pH为8.5-9.5；
(3)搅拌混合后，向步骤(2)所得溶液中加入增稠剂，搅拌混合均匀，得所述水系碱性电解液。
实施例2
一种水系碱性电解液，包括下述重量份的原料：去离子水300kg、弱碱性盐200kg、增稠剂1kg；
所述弱碱性盐为：乙酸钾；
所述增稠剂为：聚丙烯酸钠。
所述水系碱性电解液的制备方法，包括以下步骤：
将乙酸钾溶解于水中，并搅拌混合均匀，得弱碱性盐水溶液；
其化学方程式为：CH3COOK＝CH3COO-+K+
乙酸根离子进一步水解的化学方程式为：
CH3COO-+H2O≒CH3COOH+OH-
乙酸钾溶于水中，发生水解产生氢氧根离子，为电化学氧气传感器提供氢氧根离子；
(2)使用0.1mol/l的氢氧化钾调节弱碱性盐水溶液的pH为8.5；保证所述电解液的pH为碱性，避免所述电解液腐蚀传感器中的电极铅，而影响电化学氧气传感器的使用寿命；
(3)搅拌混合30min后，向步骤(2)所得溶液中加入聚丙烯酸钠，搅拌混合均匀，得所述水系碱性电解液。
聚丙烯酸钠的加入可以增加所述水系碱性电解液的粘稠度，当聚丙烯酸钠的加入量为所述电解液质量的0.2％时，所述电解液的粘度达到理想状态，即避免了所述电解液在高温低湿环境下电解液中的水分易挥发的问题，又不会使所述电解液的粘度过高影响氢氧根离子的移动。
实施例3
一种水系碱性电解液，包括下述重量份的原料：去离子水200kg、弱碱性盐150kg、增稠剂0.8kg；
所述弱碱性盐为：乙酸钠；
所述增稠剂为：羧甲基纤维素钠。
所述水系碱性电解液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将乙酸钠溶解于水中，并搅拌混合均匀，得弱碱性盐水溶液；
其化学方程式为：CH3COONa＝CH3COO-+Na+
乙酸根离子进一步水解的化学方程式为：
CH3COO-+H2O≒CH3COOH+OH-
乙酸钠溶于水中，发生水解产生氢氧根离子，为电化学氧气传感器提供氢氧根离子。
(2)使用0.1mol/l的氢氧化钾调节弱碱性盐水溶液的pH为9；保证所述电解液的pH为碱性，避免所述电解液腐蚀传感器中的电极铅，而影响电化学氧气传感器的使用寿命；
(3)搅拌混合35min后，向步骤(2)所得溶液中加入羧甲基纤维素钠，搅拌混合均匀，得所述水系碱性电解液。
羧甲基纤维素钠的加入可以增加所述水系碱性电解液的粘稠度，当羧甲基纤维素钠的加入量为所述电解液质量的0.2％时，所述电解液的粘度达到理想状态，即避免了所述电解液在高温低湿环境下电解液中的水分易挥发的问题，又不会使所述电解液的粘度过高影响氢氧根离子的移动。
实施例4
一种水系碱性电解液，包括下述重量份的原料：水250kg、弱碱性盐180kg、增稠剂0.6kg；
所述弱碱性盐为：乙酸钙；
所述增稠剂为：聚丙烯醇。
所述水系碱性电解液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将乙酸钙溶解于水中，并搅拌混合均匀，得弱碱性盐水溶液；
其化学方程式为：(CH3COO)2Ca＝2CH3COO-+Ca2+
乙酸根离子进一步水解的化学方程式为：
CH3COO-+H2O＝CH3COOH+OH-
乙酸钙溶于水中，发生水解产生氢氧根离子，为电化学氧气传感器提供氢氧根离子。
使用0.1mol/l的氢氧化钾调节弱碱性盐水溶液的pH为9.5；保证所述电解液的pH为碱性，避免所述电解液腐蚀传感器中的电极铅，而影响电化学氧气传感器的使用寿命；
(3)搅拌混合40min后，向步骤(2)所得溶液中加入聚丙烯醇，搅拌混合均匀，得所述水系碱性电解液。
聚丙烯醇的加入可以增加所述水系碱性电解液的粘稠度，当聚丙烯醇的加入量为所述电解液质量的0.2％时，所述电解液的粘度达到理想状态，即避免了所述电解液在高温低湿环境下电解液中的水分易挥发的问题，又不会使所述电解液的粘度过高影响氢氧根离子的移动。
以上所述，仅是本发明较佳的实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同变化和修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种水系碱性电解液，其特征在于，所述水系碱性电解液是应用于电化学氧气传感器中的，包括下述重量份的原料：水150-300份、弱碱性盐100-200份、增稠剂0.5-1份；
所述弱碱性盐为：乙酸钾、乙酸钠或乙酸钙的一种；
所述增稠剂为：琼脂、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠或聚乙烯醇的一种。
2.根据权利要求1所述一种水系碱性电解液，其特征在于，包括下述重量份的原料：水300份、弱碱性盐200份、增稠剂1份；
所述弱碱性盐为：乙酸钾、乙酸钠或乙酸钙的一种；
所述增稠剂为：琼脂、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠或聚乙烯醇的一种。
3.根据权利要求1所述一种水系碱性电解液，其特征在于，所述水为去离子水。
4.权利要求1-3之一所述一种水系碱性电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将弱碱性盐溶解于水中，并搅拌混合均匀，得弱碱性盐水溶液；
(2)调节弱碱性盐水溶液的pH为8.5-9.5；
(3)搅拌混合后，向步骤(2)所得溶液中加入增稠剂，搅拌混合均匀，得所述水系碱性电解液。
5.根据权利要求4所述一种水系碱性电解液的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，使用0.1mol/l的氢氧化钾调节弱碱性盐水溶液的pH。
6.根据权利要求4所述一种水系碱性电解液的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，待搅拌混合30-40min后，再加入增稠剂。
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