CN110492144A - 一种铝空气电池待机保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝空气电池待机保护方法，所述方法包括如下步骤：步骤一、组装铝空气电池；步骤二、在电池放电期间，泵入电解液，由碱性电解液进行循环；步骤三、在电池待机时，将碱性电解液泵出，泵入等比例的酸液，由酸液进行清洗浸泡；步骤三、电池重新启动，将酸液泵出，泵入等比例的碱性电解液，开始放电。本发明利用弱酸与碱、氢氧化铝等副产物发生化学反应的原理，除去铝空气电池从工作状态下到排出碱液待机状态时，其铝电极表面残留的碱液及副产物，以此实现低的自腐蚀及电池的快速启动。

Description

一种铝空气电池待机保护方法
技术领域
本发明涉及一种铝空气电池待机保护方法，具体涉及一种基于酸碱中和对铝空气电池进行待机保护的方法。
背景技术
随着电动车、智能电网等大型储能系统的发展，有限的锂资源储量使其成本越来越高。铝是地壳中含量最丰富的金属，具有着非常高的电化学当量为2980Ah/kg，其电极电位也较负为-1.66V。铝空气电池具有着高达8.135kW·h/kg的理论容量（仅次于锂空气电池的13.08kw·h/kg），在电化学反应过程中无污染产生，安全性较好，同时在空气电极的稳定寿命内，只需要更换铝合金负极、添加电解液，就能持续稳定放电，方便又快捷，是锂离子电池的理想替代者。
目前铝空气电池使用最多的电解液是氢氧化钠或氢氧化钾溶液，降低自腐蚀的方法有铝多元合金化、加入电解液添加剂，但是铝合金电极在碱液中的自腐蚀依然是非常严重的。车用铝空气电池系统在待机时，会存在自腐蚀及再启动性能滞后问题。因此，为了解决电池系统待机下的自腐蚀问题和快速启动问题，而铝与一些弱酸反应很慢甚至几乎不反应，且考虑弱酸液可以除去电极上残留碱层和副产物、且抑制氧化膜的生成的优点，提出了使用弱酸溶液进行铝空气电池的待机保护。
目前国内关于铝空气电池待机保护的报道几乎没有，一般都是在电池不工作时将碱液除去，并用水冲洗，但是这样的效果也不是很好，一是水洗效果不佳，二是铝电极的表面会形成氧化膜，会使电压正移，产生性滞后现象。虽然最近报道了美国麻省理工学院的通过驱油系统能够大幅度抑制铝空气电池的自腐蚀，但是较为复杂，油与隔膜的成本也颇高，不适用于商业化推广。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单、廉价、易操作的铝空气电池待机保护方法，利用弱酸与碱、氢氧化铝等副产物发生化学反应的原理，除去铝空气电池从工作状态下到排出碱液待机状态时，其铝电极表面残留的碱液及副产物，以此实现低的自腐蚀及电池的快速启动。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种铝空气电池待机保护方法，包括如下步骤：
步骤一、组装铝空气电池；
步骤二、在电池放电期间，泵入电解液，由碱性电解液进行循环；
步骤三、在电池待机时，将碱性电解液泵出，泵入等比例的酸液，由酸液进行清洗浸泡；
步骤三、电池重新启动，将酸液泵出，泵入等比例的碱性电解液，开始放电。
本发明中，所述铝空气电池由铝合金阳极、空气电极、碱性电解液、电池壳、酸液、泵构成。
本发明中，所述空气电极在酸液中浸泡24h，并没有对其造成毒化导致其性能骤降。
本发明中，所述铝合金阳极为含99.9%~99.999%的铝金属的合金。
本发明中，所述空气电极由催化剂层、扩散层、镍网、透气防水膜压制而成。
本发明中，所述催化剂层使用的催化剂为银催化剂。
本发明中，所述酸液为0<pH<7的单一酸或多元混合酸中的一种。
本发明中，所述碱性电解液为1~10mol/L NaOH、KOH或两者混合溶液。
本发明中，所述铝空气电池可以简便的通过泵对碱性电解液与酸液泵入和泵出的过程进行切换。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
1、本发明成本低廉、安全、实用且操作简便，所用的材料均容易加工。
2、本发明可以实现铝空气电池随时随地的待机低自腐蚀以及快速重新启动，对提高铝合金电极的利用率和实现铝空气电池的持续稳定性放电有着重要的意义。
附图说明
图1为空气电极在醋酸中浸泡24h的放电电压曲线；
图2为铝合金阳极的塔菲尔测试；
图3为待机保护后的放电电压曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1：
空气电极毒害性测试步骤为：
S1: 组装铝空气电池单体，通过新威充放电测试仪自动收集测试其在100mA/cm2下的1h放电电压；
S2: 第一次测试完毕后，取出空气电极，将其放于含有0.5mol/L HAc溶液的烧杯中浸泡24h；
S3: 24h后，将空气电极再次组装进原来的单体中，测试其在100mA/cm2下的30min放电电压。
以铝合金电极为负极，空气电极为正极，电解液为含0.1mol/L Na2SnO3添加剂的4mol/L NaOH溶液，在新威充放电测试仪下，结果如图1所示，HAc溶液并没有毒化空气电极的性能。
腐蚀速率测试步骤为：
S1: 组装三电极体系，以Hg/HgO为参比电极，Pt片为对电极，铝合金为研究电极，通过CHI660E测试其在4mol/L NaOH与0.5mol/L、1mol/L、2mol/L HAc中的开路电压30min，使其达到稳定；
S2: 以开路电压为准，扫速为1mV/s，测试其在上述溶液中开路电压±0.25V下的塔菲尔曲线。
腐蚀速率如表1所示：
表1
由表1和图2可以知道铝在醋酸溶液中的腐蚀速率比在NaOH中的腐蚀速率低3个量级，可以说是非常小了。
铝空气电池待机保护测试步骤为：
S1: 组装铝空气电池单体，启动泵，向电解液槽中泵入含0.1mol/L Na2SnO3添加剂的4mol/L NaOH电解液，通过新威充放电测试仪在100mA/cm2下强制放电30min；
S2: 放电结束后，将电解液泵出，令其自然干燥24h，再启动泵，向电解液槽中泵电解液，在100mA/cm2下强制放电30min；
S3: 放电结束后，将电解液泵出，泵入等比例的0.01mol/L HAc溶液冲洗单体，待24h自然干燥后，再启动泵，向电解液槽中泵入电解液，在100mA/cm2下强制放电60min。
以铝合金电极为负极，空气电极为正极，电解液为含0.1mol/L Na2SnO3添加剂的4mol/L NaOH溶液，在新威充放电测试仪下，结果如图3所示，放干碱液下，电压在22min恢复到1V； 1:1酸洗下，电压在1min左右恢复到1V。
实施例2
铝空气电池待机保护测试步骤为：
S1: 组装铝空气电池单体，启动泵，向电解液槽中泵入含0.1mol/L Na2SnO3添加剂的4mol/L NaOH电解液，通过新威充放电测试仪在100mA/cm2下强制放电60min；
S2: 放电结束后，将电解液泵出，泵入等比例的清水，24h后，将清水泵出，泵入电解液，在100mA/cm2下强制放电60min；
S3: 放电结束后，将电解液泵出，泵入等比例的0.01mol/L HAc溶液，24h后，将HAc溶液泵出，泵入电解液，在100mA/cm2下强制放电60min。
实施例3
空气电极毒害性测试步骤为：
S1: 组装铝空气电池单体，通过新威充放电测试仪自动收集测试其在100mA/cm2下的1h放电电压；
S2: 第一次测试完毕后，取出空气电极，将其放于含有0.5mol/L 柠檬酸溶液的烧杯中浸泡24h；
S3: 24h后，将空气电极再次组装进原来的单体中，测试其在100mA/cm2下的60min放电电压。
腐蚀速率测试步骤为：
S1: 组装三电极体系，以Hg/HgO为参比电极，Pt片为对电极，铝合金为研究电极，通过CHI660E测试其在4mol/L NaOH与0.5mol/L、1mol/L、2mol/L柠檬酸溶液中的开路电压30min，使其达到稳定；
S2: 以开路电压为准，扫速为1mV/s，测试其在上述溶液中开路电压±0.25V下的塔菲尔曲线。
铝空气电池待机保护测试步骤为：
S1: 组装铝空气电池单体，启动泵，向电解液槽中泵入含0.1mol/L Na2SnO3添加剂的4mol/L NaOH电解液，通过新威充放电测试仪在100mA/cm2下强制放电60min；
S2: 放电结束后，将电解液泵出，待24h自然干燥后，再启动泵，向电解液槽中泵入电解液，在100mA/cm2下强制放电60min；
S3: 放电结束后，将电解液泵出，泵入等比例的0.01mol/L 柠檬酸溶液冲洗单体，待24h自然干燥后，泵入电解液，在100mA/cm2下强制放电60min；
S4: 放电结束后，将电解液泵出，泵入等比例的清水，24h后，将清水泵出，泵入电解液，在100mA/cm2下强制放电60min；
S5: 放电结束后，将电解液泵出，泵入等比例的0.01mol/L 柠檬酸溶液，24h后，将柠檬酸溶液泵出，泵入电解液，在100mA/cm2下强制放电60min。
实施例4
空气电极毒害性测试步骤为：
S1: 组装铝空气电池单体，通过新威充放电测试仪自动收集测试其在100mA/cm2下的1h放电电压；
S2: 第一次测试完毕后，取出空气电极，将其放于含有0.5mol/L 苹果酸溶液的烧杯中浸泡24h；
S3: 24h后，将空气电极再次组装进原来的单体中，测试其在100mA/cm2下的60min放电电压。
腐蚀速率测试步骤为：
S1: 组装三电极体系，以Hg/HgO为参比电极，Pt片为对电极，铝合金为研究电极，通过CHI660E测试其在4mol/L NaOH与0.5mol/L、1mol/L、2mol/L苹果酸溶液中的开路电压30min，使其达到稳定；
S2: 以开路电压为准，扫速为1mV/s，测试其在上述溶液中开路电压±0.25V下的塔菲尔曲线。
铝空气电池待机保护测试步骤为：
S1: 组装铝空气电池单体，启动泵，向电解液槽中泵入含0.1mol/L Na2SnO3添加剂的4mol/L NaOH电解液，通过新威充放电测试仪在100mA/cm2下强制放电60min；
S2: 放电结束后，将电解液泵出，待24h自然干燥后，再启动泵，向电解液槽中泵入电解液，在100mA/cm2下强制放电60min；
S3: 放电结束后，将电解液泵出，泵入等比例的0.01mol/L苹果酸溶液冲洗单体，待自然干燥24h后，泵入电解液，在100mA/cm2下强制放电60min；
S4: 放电结束后，将电解液泵出，泵入等比例的清水，24h后，将清水泵出，泵入电解液，在100mA/cm2下强制放电60min；
S5: 放电结束后，将电解液泵出，泵入等比例的0.01mol/L 苹果酸溶液，24h后，将苹果酸溶液泵出，泵入电解液，在100mA/cm2下强制放电60min。
实施例5
空气电极毒害性测试步骤为：
S1: 组装铝空气电池单体，通过新威充放电测试仪自动收集测试其在100mA/cm2下的1h放电电压；
S2: 第一次测试完毕后，取出空气电极，将其放于含有0.5mol/L 丙酸溶液的烧杯中浸泡24h；
S3: 24h后，将空气电极再次组装进原来的单体中，测试其在100mA/cm2下的60min放电电压。
腐蚀速率测试步骤为：
S1: 组装三电极体系，以Hg/HgO为参比电极，Pt片为对电极，铝合金为研究电极，通过CHI660E测试其在4mol/L NaOH与0.5mol/L、1mol/L、2mol/L丙酸溶液中的开路电压30min，使其达到稳定；
S2: 以开路电压为准，扫速为1mV/s，测试其在上述溶液中开路电压±0.25V下的塔菲尔曲线。
铝空气电池待机保护测试步骤为：
S1: 组装铝空气电池单体，启动泵，向电解液槽中泵入含0.1mol/L Na2SnO3添加剂的4mol/L NaOH电解液，通过新威充放电测试仪在100mA/cm2下强制放电60min；
S2: 放电结束后，将电解液泵出，待24h自然干燥后，再启动泵，向电解液槽中泵入电解液，在100mA/cm2下强制放电60min；
S3: 放电结束后，将电解液泵出，泵入等比例的0.01mol/L 丙酸溶液冲洗单体，待自然干燥24h后，泵入电解液，在100mA/cm2下强制放电60min；
S4: 放电结束后，将电解液泵出，泵入等比例的清水，24h后，将清水泵出，泵入电解液，在100mA/cm2下强制放电60min；
S5: 放电结束后，将电解液泵出，泵入等比例的0.01mol/L 丙酸溶液，24h后，将丙酸溶液泵出，泵入电解液，在100mA/cm2下强制放电60min。
实施例6
空气电极毒害性测试步骤为：
S1: 组装铝空气电池单体，通过新威充放电测试仪自动收集测试其在100mA/cm2下的1h放电电压；
S2: 第一次测试完毕后，取出空气电极，将其放于含有0.5mol/L 酒石酸溶液的烧杯中浸泡24h；
S3: 24h后，将空气电极再次组装进原来的单体中，测试其在100mA/cm2下的60min放电电压。
腐蚀速率测试步骤为：
S1: 组装三电极体系，以Hg/HgO为参比电极，Pt片为对电极，铝合金为研究电极，通过CHI660E测试其在4mol/L NaOH与0.5mol/L、1mol/L、2mol/L酒石酸溶液中的开路电压30min，使其达到稳定；
S2: 以开路电压为准，扫速为1mV/s，测试其在上述溶液中开路电压±0.25V下的塔菲尔曲线。
铝空气电池待机保护测试步骤为：
S1: 组装铝空气电池单体，启动泵，向电解液槽中泵入含0.1mol/L Na2SnO3添加剂的4mol/L NaOH电解液，通过新威充放电测试仪在100mA/cm2下强制放电60min；
S2: 放电结束后，将电解液泵出，待24h自然干燥后，再启动泵，向电解液槽中泵入电解液，在100mA/cm2下强制放电60min；
S3: 放电结束后，将电解液泵出，泵入等比例的0.01mol/L 酒石酸溶液冲洗单体，待自然干燥24h后，泵入电解液，在100mA/cm2下强制放电60min；
S4: 放电结束后，将电解液泵出，泵入等比例的清水，24h后，将清水泵出，泵入电解液，在100mA/cm2下强制放电60min；
S5: 放电结束后，将电解液泵出，泵入等比例的0.01mol/L 酒石酸溶液，24h后，将酒石酸溶液泵出，泵入电解液，在100mA/cm2下强制放电60min。

Claims (7)

1.一种铝空气电池待机保护方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
步骤一、组装铝空气电池；
步骤二、在电池放电期间，泵入电解液，由碱性电解液进行循环；
步骤三、在电池待机时，将碱性电解液泵出，泵入等比例的酸液，由酸液进行清洗浸泡；
步骤三、电池重新启动，将酸液泵出，泵入等比例的碱性电解液，开始放电。
2.根据权利要求1所述的铝空气电池待机保护方法，其特征在于所述铝空气电池由铝合金阳极、空气电极、碱性电解液、电池壳、酸液、泵构成。
3.根据权利要求2所述的铝空气电池待机保护方法，其特征在于所述铝合金阳极为含99.9%~99.999%的铝金属的合金。
4.根据权利要求2所述的铝空气电池待机保护方法，其特征在于所述空气电极由催化剂层、扩散层、镍网、透气防水膜压制而成。
5.根据权利要求1或2所述的铝空气电池待机保护方法，其特征在于所述酸液为0<pH<7的单一酸或多元混合酸中的一种。
6.根据权利要求1或5所述的铝空气电池待机保护方法，其特征在于所述酸液为醋酸、柠檬酸、苹果酸、丙酸或酒石酸。
7.根据权利要求1或2所述的铝空气电池待机保护方法，其特征在于所述碱性电解液为1~10mol/L NaOH、KOH或两者混合溶液。
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