本發(fā)明屬于金屬-空氣電池
技術領域：
，具體的說涉及一種鋁-空氣電池電解液；本發(fā)明還涉及所述鋁-空氣電池電解液的制備方法。
背景技術：
：鋁-空氣電池是以金屬鋁或其合金為陽極燃料，空氣中的氧氣為氧化劑，鹽水(NaCl水溶液)或強堿溶液(NaOH、KOH等)為電解質(zhì)，將金屬燃料的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的一種電化學反應裝置。鋁-空氣電池的主要特點是：理論能量密度高(8100Wh/kg)，只要不斷供給金屬燃料，電池就能持續(xù)穩(wěn)定地提供電能。金屬陽極可機械更換，電池可長期干態(tài)儲存，電池的制備不使用有害材料，放電時也無有害物質(zhì)生成，綠色環(huán)保，具有廣闊的應用前景。中性電解液中鋁-空氣電池由于陽極表面氧化膜的存在，比功率低，適用范圍小，堿性體系具有高比能量和比功率，引起國內(nèi)外的廣泛研究。鋁是活潑的兩性金屬材料，其表面保護膜在堿性介質(zhì)中易被溶解，但同時也會導致陽極腐蝕析氫嚴重，使其庫倫效率大大降低，限制了堿性鋁-空氣電池的商業(yè)化發(fā)展。目前有效的解決方法主要有兩種：一是合金化，二是添加相應的電解液緩蝕劑；將兩種方法結(jié)合，可顯著改善陽極性能。目前合金的研究效果顯著，選擇合適的緩蝕劑與之結(jié)合發(fā)揮作用，是研究的重點。堿性鋁-空氣電池用陽極緩蝕劑主要無機緩蝕劑、有機緩蝕劑和復合緩蝕劑。無機緩蝕劑主要是通過在陽極表面生成高析氫過電位的金屬來改善腐蝕析氫，有機緩蝕劑則是通過極性基團在陽極表面吸附，提高陽極表面電子云密度，并與非極性基團在表面成膜，共同阻止電解液中的水與陽極表面的接觸。復合緩蝕劑的效果一般兼具有機和無機緩蝕劑的雙重效果，因此研究意義重大。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種既能有效改善陽極析氫腐蝕，又能提高陽極電化學活性的鋁-空氣電池電解液及其制備方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：一種鋁-空氣電池電解液，包括堿性電解質(zhì)溶液和緩蝕劑；所述緩蝕劑由無機緩蝕劑、干酪素和消泡劑組成。所述干酪素的作用為有效改善陽極析氫腐蝕。所述無機緩蝕劑為錫酸鈉、氧化鋅中的一種或兩種以上。所述消泡劑為聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯山梨醇酐單硬脂酸酯、山梨醇酐單硬脂酸酯中的一種或兩種以上的混合物。所述消泡劑的作用為改善陽極電化學活性。所述緩蝕劑中干酪素的質(zhì)量含量為6～25wt％；消泡劑的質(zhì)量含量為1～11wt％；所述緩蝕劑與所述堿性電解質(zhì)溶液的質(zhì)量比為1：166～1：71。干酪素含量過高 會導致陽極極化加劇，使電極電位正移；干酪素含量過低會使析氫腐蝕得不到明顯改善；消泡劑的含量過高會導致析氫腐蝕效果降低，消泡劑含量過低則起不到改善陽極電化學活性的效果。所述緩蝕劑相對于堿性電解質(zhì)溶液含量過高會降低電解液電導率，增加歐姆損失；含量過低則會使陽極析氫腐蝕和電化學活性得不到改善。所述緩蝕劑中干酪素的質(zhì)量含量優(yōu)選為7～15wt％；消泡劑的質(zhì)量含量優(yōu)選為4～10wt％。所述電解質(zhì)溶液為氫氧化鉀或氫氧化鈉中的一種或二種的水溶液；所述電解質(zhì)溶液中的氫氧根離子濃度為3～5mol/L。所述鋁-空氣電池電解液的制備方法，包括以下步驟，(1)將無機緩蝕劑、干酪素和消泡劑混合均勻制得緩蝕劑，使得干酪素的質(zhì)量占緩蝕劑質(zhì)量的6～25wt％；消泡劑的質(zhì)量占緩蝕劑質(zhì)量的1～11wt％；(2)于氫氧根離子濃度為3～5mol/L氫氧化鉀或氫氧化鈉中的一種或二種的電解質(zhì)溶液中加入步驟(1)所得緩蝕劑，使得緩蝕劑與堿性電解質(zhì)溶液的質(zhì)量比1：166～1：71，攪拌使其混合均勻后冷卻至室溫，即得鋁-空氣電池電解液。冷卻至室溫后再使用，一方面可以限制陽極析氫速率，另外使所有測試均在室溫下進行，保證了實驗結(jié)果在溫度上的一致性。所述步驟(2)中攪拌在50～75℃的溫度下進行。攪拌溫度過低使消泡劑和干酪素不能完全溶解；攪拌溫度過高則會使有機緩蝕劑從電解液體系中揮發(fā)出來。綜上所述，本發(fā)明的有益效果包括：本發(fā)明的鋁-空氣電池電解液，具有成本低廉，安全性高，綠色環(huán)保等優(yōu)點，同時它不僅能顯著降低陽極析氫自腐蝕速率，還能使鋁陽極的開路電位較大負移，使鋁陽極兼具良好的耐腐蝕性能和較高的電化學活性。對延長電池壽命，提高放電功率具有重要意義。附圖說明圖1為鋁合金在實施例3制備電解液中開路電位與時間關系曲線。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。實施例1：按緩蝕劑中含錫酸鈉0.70g、干酪素0.08g、聚氧乙烯山梨醇酐單硬脂酸酯0.01g、山梨醇酐單硬脂酸酯0.03g稱量并混合，加入到50mL4mol/LNaOH溶液中，70℃恒溫水浴中攪拌10分鐘，使溶解均勻，冷卻到室溫，即得含堿性鋁-空氣電池用陽極緩蝕劑堿性電解液。利用集氣實驗測試Al-0.2Mg-0.11Ga-0.1Sn合金在本實施例制備電解液中靜態(tài)下的析氫自腐蝕速率，測試時間60分鐘，結(jié)果詳見表1。實施例2：按緩蝕劑中含錫酸鈉0.64g、干酪素0.08g、聚氧乙烯山梨醇酐單硬脂酸酯0.04g混合，加入50mL4mol/LNaOH溶液中，70℃恒溫水浴中攪拌10分鐘，使溶解均勻，冷卻到室溫，即得含堿性鋁-空氣電池用陽極緩蝕劑電解液。利用集氣實驗測試Al-0.2Mg-0.11Ga-0.1Sn合金在本實施例制備電解液中靜態(tài)下的析氫自腐蝕速率，測試時間60分鐘，結(jié)果詳見表1。實施例3：按緩蝕劑中含錫酸鈉0.54g、干酪素0.06g、聚氧乙烯山梨醇酐單硬脂酸酯0.01g、山梨醇酐單硬脂酸酯0.01g混合，加入50mL4mol/LNaOH溶液中，70℃恒溫水浴中攪拌10分鐘，使溶解均勻，冷卻到室溫，即得含堿性鋁-空氣電池用陽極緩蝕劑電解液。利用集氣實驗測試Al-0.2Mg-0.11Ga-0.1Sn合金在本實施例制備電解液中靜態(tài)下的析氫自腐蝕速率，測試時間60分鐘，結(jié)果詳見表1。利用三電極體系測合金室溫下在上述電解液中的開路電位，結(jié)果詳見圖1。從圖1可以看出，上述合金在本實施例電解液中的開路電位為-1.785V，而沒有添加劑時開路為-1.721V，開路電位負移較大。實施例4：按緩蝕劑中含錫酸鈉0.43g、干酪素0.05g、山梨醇酐單硬脂酸酯0.04g混合，加入50mL4mol/LNaOH溶液中，70℃恒溫水浴中攪拌10分鐘，使溶解均勻，冷卻到室溫，即得含堿性鋁-空氣電池用陽極緩蝕劑電解液。利用集氣實驗測試Al-0.2Mg-0.11Ga-0.1Sn合金在本實施例制備電解液中靜態(tài)下的析氫自腐蝕速率，測試時間60分鐘，結(jié)果詳見表1。實施例5：按緩蝕劑中含錫酸鈉0.32g、干酪素0.05g、聚氧乙烯山梨醇酐單硬脂酸酯0.01g、山梨醇酐單硬脂酸酯0.02g混合，加入50mL4mol/LNaOH溶液中，70℃恒溫水浴中攪拌10分鐘，使溶解均勻，冷卻到室溫，即得含堿性鋁-空氣電池用陽極緩蝕劑電解液。利用集氣實驗測試Al-0.2Mg-0.11Ga-0.1Sn合金在本實施例制備電解液中靜態(tài)下的析氫自腐蝕速率，測試時間60分鐘，結(jié)果詳見表1。表118℃±2℃下Al合金在實施例1～5制備電解液中的自腐蝕速率電解液組成析氫速度mL/(cm2·min)4mol/LNaOH0.180實施例10.057實施例20.042實施例30.031實施例40.045實施例50.045注：(陽極試樣表面積為2.8cm2，集氣實驗為從加入陽極樣品后至1h)。當前第1頁1 2 3