CN110165340A - 一种铝空气电池用碱性电解液和铝空气电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝空气电池用碱性电解液和铝空气电池，该碱性电解液包括缓蚀剂和碱性的电解质溶液，所述缓蚀剂采用锡酸钠、柠檬酸钾、果葡糖浆和氟化钾复配。该缓蚀剂能有效降低铝板的自腐蚀速率和铝阳极极化，提高铝空气电池的放电性能。

Description

一种铝空气电池用碱性电解液和铝空气电池
技术领域
本发明涉及铝空气电池技术领域，具体涉及一种铝空气电池用碱性电解液和应用该电解液的铝空气电池。
背景技术
铝空气电池以铝和空气中的氧作为电极活性物质，具有电化学当量高、资源丰富、价格低廉等诸多优点。在放电过程中，铝阳极被氧化，电子通过外电路流向阴极，氧气通过空气阴极进入电解液到达反应界面发生还原反应而释放出电能。电解液一般为碱性溶液，如NaOH或KOH溶液等，但铝在强碱性溶液中的自腐蚀速率很大，降低了阳极利用率，且过多的终产物Al(OH)3会增加铝阳极的极化，使电位正移。
为解决上述问题，最简单有效的方法是在电解液中加入缓蚀剂，较为常用的是NaSnO3、In(OH)3、Ga(OH)3、K2MnO4等无机缓蚀剂，其虽然能够在一定程度上减小铝阳极的自腐蚀速率，但往往是以牺牲阳极活性为代价，且缓蚀效果会随着放电过程中铝板的溶解而逐渐降低。此外，这类缓蚀剂通常成本较高，部分组分可能造成环境污染，对人体有一定的毒害作用。另一种类型的缓蚀剂为表面活性剂等有机物，主要是通过对铝表面活性位置的覆盖，来降低析氢腐蚀，这种方式同样会降低铝阳极的活性。
发明内容
为解决现有技术的上述不足，一方面，提供一种铝空气电池用碱性电解液，其具体实施方式如下：
一种铝空气电池用碱性电解液，包括缓蚀剂和碱性的电解质溶液，所述缓蚀剂采用锡酸钠、硫酸铟、柠檬酸钾、葡萄糖和/或果葡糖浆、氟化钾复配。
优选的，包括以下按重量百分比计的组分：硫酸铟0.05～0.1wt％，柠檬酸钾3～6wt％，锡酸钠0.5～1wt％，葡萄糖和/或果葡糖浆0.2～1wt％，氟化钾1～5wt％，余量为碱性的电解质溶液。
优选的，所述电解质溶液以氢氧化钾为电解质。
优选的，电解质含量为25～35wt％。
另一方面，还提供一种应用上述电解液的铝空气电池。
本发明的有益效果：
采用硫酸铟、锡酸钠、柠檬酸钾、葡萄糖和/或果葡糖浆、氟化钾复配，能有效降低铝板的自腐蚀速率和铝阳极极化，提高铝空气电池的放电性能。
附图说明
图1为实施例和对比例在50mA/cm2的恒流放电曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
现有的碱性电解液易造成铝阳极析氢腐蚀和阳极极化，对电池性能造成显著影响。发明人发现，在其中加入硫酸铟、锡酸钠、柠檬酸钾、葡萄糖和/或果葡糖浆以及氟化钾，可以有效缓解这一不利影响。
具体的，氟化钾能减缓铝阳极析氢腐蚀，使电位正移。这可能是因为，Al3+更容易与F-成键，生成稳定的化合物K3AlF6，减少了Al(OH)3的生成，从而降低铝阳极活化过程中的极化行为，在一定程度上保持铝阳极的电化学活性，降低碱性电解质对阳极电化学性能的不利影响。
果葡糖浆主要由葡萄糖和果糖组成，其分子中含5个羟基，具有较高的电负性，在放电过程中容易吸附在铝阳极表面，从而降低自腐蚀速率。
柠檬酸根离子可与铝络合，同样可以减缓Al3+与OH-作用形成Al(OH)3。现有技术应用较多的柠檬酸盐是柠檬酸钠，因为柠檬酸钠与铝反应形成的不溶性配合物会沉积在铝阳极表面，减少了铝与电解液的接触面积。在本方案中，发明人发现采用柠檬酸钾与其他组分的缓蚀剂复配，更利于减缓铝阳极的析氢腐蚀，可观察到析氢量明显减少。
将硫酸铟和锡酸钠与上述组分复配可以很好地缓解铝阳极的析氢腐蚀和极化现象，将含有上述组分的碱性电解液应用于铝空气电池，能有效改善放电性能，提高阳极利用率。
本发明对碱性电解质的添加量及其类型不作特别限定，电解质优选氢氧化钾，以电解液总重量为100重量份计，电解质含量可以为25～35重量份，氟化钾添加量优选为1～5重量份，硫酸铟添加量优选为0.05～0.1wt％，柠檬酸钾添加量优选为3～6重量份，葡萄糖和/或果葡糖浆添加量优选为0.2～1重量份，锡酸钠添加量优选为0.5～1重量份。
下面通过具体实例对上述方案进行说明。实施例和对比例1-4的配比如表1所示，其中所用试剂均为分析纯。
表1(单位：重量份)
按表1的配比分别制备实施例和对比例1-4的电解液。以铝板为阳极，面积10cm2，用镍网夹持该铝板，在镍网一侧边焊接镍带作为极耳；以MnO/C为空气阴极催化剂，载量10mg/cm2，加入PTFE和炭黑混合并附着在阴极集流体(同为镍网)上，制成空气正极；按常规方法将各电解液和阴阳极分别组装成单电池，使空气正极与铝板间隔为4mm。
以Hg/HgO电极作为参比电极，铂片为辅助电极，在50mA/cm2电流密度下进行恒流放电试验，放电曲线如图1所示，可以看出，采用实施例的电解液可实现平稳放电，其放电时间和放电平台电压均由于各对比例。称量铝板放电前后的重量，计算铝阳极利用率。自腐蚀速率采用排水集气装置，在25℃水浴条件下测得。检测结果如表2所示。
表2
以上实施例是对本发明的解释，但是，本发明并不局限于上述实施方式中的具体细节，本领域的技术人员在本发明的技术构思范围内进行的多种等同替代或简单变型方式，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种铝空气电池用碱性电解液，包括缓蚀剂和碱性的电解质溶液，其特征在于，所述缓蚀剂采用锡酸钠、硫酸铟、柠檬酸钾、葡萄糖和/或果葡糖浆、氟化钾复配。
2.根据权利要求1所述的铝空气电池用碱性电解液，其特征在于，包括以下按重量百分比计的组分：硫酸铟0.05～0.1wt％，柠檬酸钾3～6wt％，锡酸钠0.5～1wt％，葡萄糖和/或果葡糖浆0.2～1wt％，氟化钾1～5wt％，余量为碱性的电解质溶液。
3.根据权利要求1或2所述的铝空气电池用碱性电解液，其特征在于，电解质为氢氧化钾。
4.根据权利要求1或2所述的铝空气电池用碱性电解液，其特征在于，电解质含量为25～35wt％。
5.一种铝空气电池，其特征在于，应用权利要求1-4任意一项所述的铝空气电池用碱性电解液。
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