CN114725585A - 一种铝空气电池及其电解液 - Google Patents
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Abstract
一种用于铝空气电池的电解液，所述电解液由添加剂与碱性溶液混合制备得到，所述添加剂为聚丙烯酸，所述碱性溶液为氢氧化钠或/和氢氧化钾的水溶液。本发明以聚丙烯酸作为铝空气电池电解液的添加剂，能自发地吸附到铝空气电池的铝负极表面形成一层高分子膜，这层高分子膜有助于保护铝负极免遭强碱性电解液腐蚀，从而提升铝空气电池的性能；本发明的用于铝空气电池的电解液不仅配方简单，配制容易，而且，利用本发明的电解液制得的铝空气电池，经过电化学测试，其电池的循环寿命，循环稳定性均得到了有效提高。
Description
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及其电解液。
背景技术
锂离子电池已经在便携式电子设备方面取得了巨大的成功，并且在电动汽车等大规模储能领域崭露头角。但是在安全性方面，不稳定的锂离子和有机电解液容易引发火灾甚至爆炸，从而带来了一定的安全隐患，并且苛刻的生产条件使得锂离子电池的成本十分昂贵。
铝空气电池是一种廉价、轻且强大的能源，相较于传统的锂离子电池，其具有以下优点：第一，铝空气电池相较于锂离子电池更加安全，稳定，环保；第二，铝的储量十分丰富，制备工艺相比于锂电更加简单，有利于进一步降低电池的成本；第三，铝空气电池具有较高的理论比容量和高功率密度。
然而，传统的铝空气电池所采用的强碱性电解液会腐蚀铝负极，导致电极表面钝化，还是造成严重的析氢问题，导致电池容量的快速衰减，极大地限制了铝空气电池的发展和应用。因此，开发一种新型电解液抑制铝负极的腐蚀是构建高性能铝空气电池的关键。
发明内容
基于此，本发明提供了一种铝空气电池及其电解液，以解决目前铝空气电池存在的铝电极易腐蚀，循环寿命低，容量衰减快等技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于铝空气电池的电解液，所述电解液由添加剂与碱性溶液混合制备得到，所述添加剂为聚丙烯酸，所述碱性溶液为氢氧化钠或/和氢氧化钾的水溶液。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述聚丙烯酸在电解液中的质量分数为0.01-10％。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述碱性溶液中的碱在电解液中的摩尔浓度为0.1-10mol/L。
根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种铝空气电池，其包括权利上述任一项所述的电解液。
本发明的用于铝空气电池的电解液，通过采用上述技术方案，可以达到如下有益效果：
1)本发明以聚丙烯酸作为铝空气电池电解液的添加剂，丙烯酸负电荷基团可在铝负极表面吸附，形成一层稳定的高分子固态电解质界面膜，这层高分子膜有助于保护铝负极免遭强碱性电解液腐蚀，有效解决铝负极在循环过程中的表面钝化问题，从而提升铝空气电池的循环性能；
2)本发明的电解液配方简单，配制容易，利用本发明的电解液制得的铝空气电池，经过电化学测试，其电池的循环性能得到了有效提高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为实施例1和对比例1的产物各自组装的铝空气电池静置24小时后的铝负极表面SEM图像，图1中(a)对应实施例1，图1中(b)对应对比例1；
图2为实施例1和对比例1各自产物所组装的铝-铝对称电池的时间-电压曲线；
图3为实施例2和对比例2的产物各自组装的铝空气电池静置24小时后的铝负极表面SEM图像，图3中(a)对应实施例2，图1中(b)对应对比例2；
图4为实施例2和对比例2各自产物所组装的铝-铝对称电池的时间-电压曲线。
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
本实施例的用于铝空气电池的电解液，其电解液由氢氧化钠、聚丙烯酸和水组成，具体配制方法如下：
将100克氢氧化钠溶于900毫升水，搅拌30分钟，再加入5克聚丙烯酸，继续搅拌2小时，得到电解液，记为目标电解液1。
对比例1
本对比例为传统铝空气电池的电解液，其电解液由氢氧化钠和水组成，具体配制方法如下：
将100克氢氧化钠溶于900毫升水中，搅拌30分钟，得到电解液，记为空白电解液1。
将本实施例1制得的目标电解液1和对比例1中传统方法制得的空白电解液1分别进行以下测试：
对比测试1：将本实施例1制得的目标电解液1和传统方法制得的空白电解液1分别组装成铝空气电池，该铝空气电池以铝为负极、氧为正极，在铝空气电池两侧有一对空气电极，作为铝空气电池正极，该铝空气电池在工作时只消耗铝和少量的水。在相同条件下，将上述两铝空气电池均静置24小时，24小时后取出铝负极，使用扫描电子显微镜观察铝箔表面形貌，结果如图1所示，从扫描电镜图中可以明显地观察到，使用空白电解液1组装的铝空气电池在静置24小时后，铝负极表面发生了非常严重的腐蚀；使用目标电解液1组装的铝空气电池在静置24小时后，铝负极表面依然十分平整。这是由于聚丙烯酸的添加有利于在锌负极表面形成稳定的高分子固态电解质界面膜，界面膜的阻隔作用可使铝负极免遭强碱性电解液的腐蚀，这将有利于铝空气电池循环性能的提高。
对比测试2：组装铝-铝对称电池，在电流密度为1毫安每平方厘米，固定容量为1毫安时每平方厘米的测试条件下，使用空白电解液1的铝-铝对称电池循环了85小时后出现短路，而使用目标电解液1的铝-铝对称电池可以稳定循环超过600小时，体现出更优越的循环性能，结果如图2所示，图中深颜色曲线对应空白电解液1，浅颜色的曲线对应目标电解液1。测试结果表明，聚丙烯酸高分子界面膜的形成，在保护铝负极免遭强碱性电解液腐蚀的同时，可缓解电极表面钝化，有效提升了铝空气电池的循环稳定性，使循环寿命大幅度延长。
实施例2
本实施例的用于铝空气电池的电解液，其电解液由氢氧化钠、聚丙烯酸和水组成，具体配制方法如下：
将10克氢氧化钠和40克氢氧化钾溶于950毫升水，搅拌30分钟，再加入10克聚丙烯酸，继续搅拌2小时，得到电解液，记为目标电解液2。
对比例2
本对比例为传统铝空气电池的电解液，其电解液由氢氧化钠和水组成，具体配制方法如下：
将10克氢氧化钠和40克氢氧化钾溶于950毫升水，搅拌30分钟，得到电解液，记为空白电解液2。
将本实施例2制得的目标电解液2和对比例2中传统方法制得的空白电解液2分别进行以下测试：
测试1：将本实施例2制得的目标电解液2和对比例2中传统方法制得的空白电解液2分别组装成铝空气电池，该铝空气电池以铝为负极、氧为正极，在铝空气电池两侧有一对空气电极，作为铝空气电池正极，该铝空气电池在工作时只消耗铝和少量的水。在相同条件下，将上述两铝空气电池分别静置24小时，24小时后取出铝负极使用扫描电子显微镜观察铝箔表面形貌，结果如图3所示。从扫描电镜图中可以明显地观察到，使用空白电解液2组装的铝空气电池在静置24小时后，铝负极表面发生了非常严重的腐蚀；使用目标电解液2组装的铝空气电池在静置24小时后，铝负极表面依然十分平整，这表明聚丙烯酸的添加有利于保护铝负极免遭强碱性电解液腐蚀，这有利于提升铝空气电池的性能。
测试2：组装铝-铝对称电池，在电流密度为5毫安每平方厘米，固定容量为5毫安时每平方厘米的测试条件下，使用空白电解液2的铝-铝对称电池循环了50小时后出现短路，而使用目标电解液2的铝-铝对称电池可以稳定循环超过200小时，结果如图4所示，图中深颜色曲线对应空白电解液2，浅颜色的曲线对应目标电解液2。这表明，聚丙烯酸吸附到铝负极表面形成的高分子界面膜，在保护铝负极免遭强碱性电解液腐蚀的同时，大幅提升了铝空气电池的循环稳定性。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (4)
1.一种用于铝空气电池的电解液，其特征在于，所述电解液由添加剂与碱性溶液混合制备得到，所述添加剂为聚丙烯酸，所述碱性溶液为氢氧化钠或/和氢氧化钾的水溶液。
2.根据权利要求1所述的用于铝空气电池的电解液，其特征在于，所述聚丙烯酸在电解液中的质量分数为0.01-10％。
3.根据权利要求1所述的用于铝空气电池的电解液，其特征在于，所述碱性溶液中的碱在电解液中的摩尔浓度为0.1-10mol/L。
4.一种铝空气电池，其特征在于，该铝空气电池包括权利要求1-3任一项所述用于铝空气电池的电解液。
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