CN113991218A - 一种高比容量、高功率碱性铝空气电池电解液及其制备方法 - Google Patents

一种高比容量、高功率碱性铝空气电池电解液及其制备方法 Download PDF

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刘英杰
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Abstract

本发明公开了一种高比容量、高功率碱性铝空气电池电解液及其制备方法，该电解液包括以下组分：氟化钾，高锰酸钾，柠檬酸钾，聚乙二醇，氧化锌，氢氧化钾，余量为水。采用以上电解质复配，可有效增加铝阳极版溶解速率，同时显著抑制铝板表面析氢反应，显著提高铝空气电池放电电流、容量密度和阳极利用率。

Description

一种高比容量、高功率碱性铝空气电池电解液及其制备方法
技术领域
本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种高比容量、高功率碱性铝空气电池电解液及其制备方法。
背景技术
铝空气电池以铝板和空气中的氧气进行反应，具有资源丰富、理论放电电位高、成本低廉等诸多优点。放电过程中铝板发生氧化，空气中氧气发生还原生成OH-，电子通过外电路从负极流向正极。
铝空气电池通常分为中性与碱性两种，中性电解液通常使用NaCl溶液或海水，由于铝板表面极易生成Al(OH)3沉淀，使得电导率低，放电电位低，故通常采用碱性铝空气电池。碱性电解液通常使用KOH或NaOH，Al(OH)3进一步发生溶解生成Al3+，故碱性铝空气电池放电电位与电流高于中性铝空气电池，但铝在碱性电解液中析氢腐蚀严重，导致阳极利用率大大降低，容量密度不足800mAh/gAl，铝负极利用率仅20％～30％。。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高比容量、高功率碱性铝空气电池电解液及其制备方法。该电解液通过在氢氧化钾溶液中添加氟化钾、高锰酸钾、柠檬酸钾、聚乙二醇和氧化锌等，提高放电电位、电流密度，增加电解液导电性，同时因氧化锌与聚乙二醇复配，大大降低铝表面析氢反应速率，提高铝空气电池阳极利用率。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种碱性铝空气电池用电解液，包括以下组分：氢氧化钾35～40wt％，氟化钾2～3wt％，柠檬酸钾6～8wt％，氧化锌0.2～0.6wt％，聚乙二醇4-8mmol/L，高锰酸钾0.1-0.4g/L，余量为水。
一种碱性铝空气电池用电解液的制备方法，如下所述：
首先，配置氢氧化钾水溶液，加入氧化锌，搅拌溶解后，按顺序依次加入氟化钾、柠檬酸钾和高锰酸钾，待溶液冷却后加入聚乙二醇，最终使配置的电解液中各物质组分为：氢氧化钾35～40wt％，氟化钾2～3wt％，柠檬酸钾6～8wt％，氧化锌0.2～0.6wt％，聚乙二醇4-8mmol/L，高锰酸钾0.1-0.4g/L，余量为水。
在上述技术方案中，在氧化锌溶解过程中进行加热搅拌处理，提高溶解速率。
本发明的优点和有益效果为：
本发明公开了一种碱性铝空气电池用电解液，采用氟化钾、柠檬酸钾、高猛酸钾聚乙二醇、氧化锌与氢氧化钾复配，既能增加溶液电导率，促进铝板氧化溶解，提高铝空气电池放电电流密度，同时可以显著抑制铝表面析氢腐蚀反应，大大提高阳极利用率(约85-93％)。
附图说明
图1是铝空气电池放电电位曲线图。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
配置氢氧化钾水溶液，加入氧化锌，搅拌溶解后，按顺序依次加入氟化钾、柠檬酸钾和高锰酸钾，待溶液冷却后加入聚乙二醇，使配置的电解液中各物质组分为：
氢氧化钾37wt％，氟化钾2.3wt％，柠檬酸钾6wt％，氧化锌0.2wt％，聚乙二醇6mmol/L，高锰酸钾0.2g/L，余量为水。
将配好的电解液加入铝-空气电池，负极为3N9纯铝板，正极为商业化空气电极，主要成分为二氧化锰、乙炔黑、镍网。连接电池正负极于电化学工作站进行数据采集，并计算铝片放电前后质量损失，测试结果如下：
测得放电电位为0.8V，容量密度为1250mAh/gAl，阳极利用率41.9％。
实施例2
配置氢氧化钾水溶液，加入氧化锌，搅拌溶解后，按顺序依次加入氟化钾、柠檬酸钾和高锰酸钾，待溶液冷却后加入聚乙二醇，使配置的电解液中各物质组分为：
氢氧化钾37wt％，氟化钾2.3wt％，柠檬酸钾6wt％，氧化锌0.2wt％，聚乙二醇4mmol/L，高锰酸钾0.2g/L，余量为水。
将配好的电解液加入铝-空气电池，负极为3N9纯铝板，正极为商业化空气电极，主要成分为二氧化锰、乙炔黑、镍网。连接电池正负极于电化学工作站进行数据采集，并计算铝片放电前后质量损失，测试结果如下：
测得放电电位为1.05V，容量密度为1740mAh/gAl，阳极利用率为58.4％。
实施例3
配置氢氧化钾水溶液，加入氧化锌，搅拌溶解后，按顺序依次加入氟化钾、柠檬酸钾和高锰酸钾，待溶液冷却后加入聚乙二醇，使配置的电解液中各物质组分为：
氢氧化钾37wt％，氟化钾2.3wt％，柠檬酸钾6wt％，氧化锌0.3wt％，聚乙二醇6mmol/L，高锰酸钾0.2g/L，余量为水。
将配好的电解液加入铝-空气电池，负极为3N9纯铝板，正极为商业化空气电极，主要成分为二氧化锰、乙炔黑、镍网。连接电池正负极于电化学工作站进行数据采集，并计算铝片放电前后质量损失，测试结果如下：
测得放电电位为1.20V，容量密度为2900mAh/gAl，阳极利用率为97.3％。
测试各铝空气电池2h内放电电位曲线，电流密度的测试方法如下所述：
将电池正负极连接至电化学工作站，加入电解液以后，设置放电电流密度为20mA/cm2，记录电池两端电压大小。测试各铝空气电池2h内放电电位曲线，电流密度均为100mA/cm2，如图1所示。根据图示显示：未采用电解液改性的电池放电曲线如图1所示，放电曲线波动较大，且电压最低，为0.8V。加入添加剂的电解液放电曲线为实施例2，可见电压稳定于1.05V，且波动较小。实例3为增加添加剂剂量后的放电曲线，可见电压稳定于1.20V，电压几乎没有波动。
采用氟化钾、柠檬酸钾、高猛酸钾聚乙二醇、氧化锌与氢氧化钾复配，既能增加溶液电导率，促进铝板氧化溶解，提高铝空气电池放电电流密度，同时可以显著抑制铝表面析氢腐蚀反应，大大提高阳极利用率(约85-93％)。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种碱性铝空气电池用电解液，其特征在于：包括以下组分：氢氧化钾35～40wt％，氟化钾2～3wt％，柠檬酸钾6～8wt％，氧化锌0.2～0.6wt％，聚乙二醇4-8mmol/L，高锰酸钾0.1-0.4g/L，余量为水。
2.一种碱性铝空气电池用电解液的制备方法，其特征在于，如下所述：
首先，配置氢氧化钾水溶液，加入氧化锌，搅拌溶解后，按顺序依次加入氟化钾、柠檬酸钾和高锰酸钾，待溶液冷却后加入聚乙二醇，最终使配置的电解液中各物质组分为：氢氧化钾35～40wt％，氟化钾2～3wt％，柠檬酸钾6～8wt％，氧化锌0.2～0.6wt％，聚乙二醇4-8mmol/L，高锰酸钾0.1-0.4g/L，余量为水。
3.根据权利要求2所述的一种碱性铝空气电池用电解液的制备方法，其特征在于，在氧化锌溶解过程中进行加热搅拌处理，提高溶解速率。
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