一种碱性铝空气电池用电解液复合缓蚀剂的制作方法

本发明属于电化学，具体涉及一种碱性铝空气电池用电解液复合缓蚀剂。

背景技术：

1、金属-空气电池作为一种新兴的储能技术在电动汽车、消费电子产品和固定式发电厂中受到越来越多的研究关注，与将试剂存储在电池内的传统电池不同，金属-空气电池放弃了笨重的阴极室，采用吸气式结构利用空气中的氧气，大大减轻了电池整体的重量，释放了空间，因此它们也被认为是传统电池和燃料电池的混合体。

2、一般来说，金属-空气电池由合适的电解质、金属阳极、空气阴极以及断开阳极和阴极的隔板组成。金属阳极可以是碱金属(例如li、mg)、地球含量最高的金属(例如al)或具有良好电化学等效性的第一行过渡金属(例如zn)。它们具有很高的理论能量密度，比锂离子电池高约3-30倍。其中，铝空气电池具有最高的体积能量密度21954wh·l-1(质量能量密度为8100wh·kg-1)，扩大了其在众多领域的潜在应用，例如从可穿戴设备的小规模应用到电动汽车的大规模应用。

3、但目前的铝阳极并不能表现出令人满意的性能，因为它们本身的高氢过电位(生成钝化膜)和高自放电率(铝基阳极的寄生腐蚀)严重影响了其电化学性能，同时也阻碍了铝空气电池的商业化。在电解液中添加缓蚀剂是改善上述问题的有效途径，然而现有的缓蚀剂(例如单一锡酸钾添加剂)在抑制铝阳极自腐蚀的同时，牺牲了阳极活性，这使铝空气电池的放电性能远达不到商业化的目标。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决铝空气电池铝阳极电化学性能差等问题，提供一种碱性铝空气电池用电解液复合缓蚀剂。电解液复合缓蚀剂由缓蚀剂、增稠剂、稳定剂和无机添加剂组成。缓蚀剂主要由羟乙基纤维素(hec)和锡酸钾组成，增稠剂包括羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素，稳定剂包括乙醇、乙二醇或丙三醇和无机添加剂ki。hec和锡酸钾复合缓蚀剂具有协同作用，能有效抑制铝阳极自腐蚀，可使电池的自腐蚀反应速率大大降低，放电电压也有较大提高，并具有组分构成简单，成本低，安全且符合环保要求等特点。增稠剂和稳定剂能够使保证hec在电解液配置过程中均匀稳定，无机添加剂能够增大电解液的电导率，同时也能够促进hec在铝阳极表面大范围吸附。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种碱性铝空气电池用电解液复合缓蚀剂，所述电解液复合缓蚀剂包括缓蚀剂、增稠剂、稳定剂和无机添加剂；所述缓蚀剂的组分为羟乙基纤维素和锡酸钾，所述羟乙基纤维素的使用量为1～7g·l-1，所述锡酸钾的使用量为3～18g·l-1。具体制备方法为：配制羟乙基纤维素水溶液，待羟乙基纤维素完全溶解后，依次加入增稠剂、稳定剂和无机添加剂，再次搅拌溶解，最后加入锡酸钾并搅拌至完全溶解，得到电解液复合缓蚀剂；在羟乙基纤维素溶解过程中进行加热搅拌处理，可提高溶解速率。须注意：稳定剂一定要在缓蚀剂和增稠剂之后加入。上述搅拌的方法为本领域常规搅拌方法，本领域技术人员能够根据工艺需要进行合理地选择。

4、进一步地，所述锡酸钾为无水锡酸钾或三水合锡酸钾。

5、进一步地，所述羟乙基纤维素的浓度为2～5g·l-1，进一步优选为3g·l-1。数值范围内其它未列举的数值同样适用。

6、进一步地，所述锡酸钾的浓度为9～15g·l-1，进一步优选为12g·l-1。3g·l-1、6g·l-1、9g·l-1、12g·l-1、15g·l-1或18g·l-1同样适用。

7、进一步地，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素和羧甲基纤维素，进一步优选为羟丙基甲基纤维素。

8、进一步地，所述稳定剂为乙醇、乙二醇和丙三醇，进一步优选为乙二醇。

9、进一步地，所述碱性铝空气电池的电解液中含有氢氧化钠或氢氧化钾。该碱性水系电解液不仅能够控制铝合金阳极的析氢速率，又能够使铝合金阳极具有较高的电化学活性(即较高的放电电压)，对提高电池性能、延长放电寿命具有重要的意义，有利于铝空气电池的大规模推广应用。

10、进一步地，所述氢氧化钠或氢氧化钾的浓度为1-7mol·l-1，例如可以是1mol·l-1、2mol·l-1、3mol·l-1、4mol·l-1、5mol·l-1、6mol·l-1或7mol·l-1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。所述缓蚀剂最大添加量不超过纯碱质量的千分之一。

11、本发明相对于现有技术的有益效果为：

12、(1)本发明所述电解液缓蚀剂利用羟乙基纤维素与锡酸钾的协同作用，使铝阳极表面能够形成孔隙率均匀的锡层，不仅能够显著降低铝阳极的析氢自腐蚀速率，还能使铝阳极的开路电位和外加电流条件下的工作电位显著负移，阳极效率升高，使铝阳极拥有良好的耐蚀性和较高的电化学活性，以满足碱性铝空气电池大电流密度放电的要求。

13、(2)本发明铝空气电池用碱性水系电解液既能控制碱性铝空气电池析氢腐蚀过快的问题，又能保证电池电解液保持活性，对提高电池性能，延长放电寿命具有重要意义，利于大规模推广应用。

14、(3)本发明铝空气电池电解液的制备方法，简单易行，成本低，具有好的应用前景。

技术特征：

1.一种碱性铝空气电池用电解液复合缓蚀剂，其特征在于：所述电解液复合缓蚀剂包括缓蚀剂、增稠剂、稳定剂和无机添加剂；所述缓蚀剂的组分为羟乙基纤维素和锡酸钾，所述羟乙基纤维素的使用量为1～7g·l-1，所述锡酸钾的使用量为3～18g·l-1。

2.根据权利要求1所述的一种碱性铝空气电池用电解液复合缓蚀剂，其特征在于：所述锡酸钾为无水锡酸钾或三水合锡酸钾。

3.根据权利要求1所述的一种碱性铝空气电池用电解液复合缓蚀剂，其特征在于：所述增稠剂包括羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素。

4.根据权利要求1所述的一种碱性铝空气电池用电解液复合缓蚀剂，其特征在于：所述稳定剂包括乙醇、乙二醇或丙三醇。

5.根据权利要求1所述的一种碱性铝空气电池用电解液复合缓蚀剂，其特征在于：所述无机添加剂ki。

6.根据权利要求1所述的一种碱性铝空气电池用电解液复合缓蚀剂，其特征在于：所述羟乙基纤维素的浓度为2～5g·l-1。

7.根据权利要求1所述的一种碱性铝空气电池用电解液复合缓蚀剂，其特征在于：所述锡酸钾的浓度为9～15g·l-1。

8.根据权利要求1所述的一种碱性铝空气电池用电解液复合缓蚀剂，其特征在于：所述碱性铝空气电池的电解液中含有氢氧化钠或氢氧化钾。

9.根据权利要求1所述的一种碱性铝空气电池用电解液复合缓蚀剂，其特征在于：所述氢氧化钠或氢氧化钾的浓度为1-7mol·l-1。

技术总结
一种碱性铝空气电池用电解液复合缓蚀剂，属于电化学技术领域。该复合缓蚀剂包括以下组分：羟乙基纤维素(HEC)1～7g·L<supgt;‑1</supgt;、锡酸钾3～18g·L<supgt;‑1</supgt;，电解液中还包括氢氧化钾或氢氧化钠。锡酸钾等无机缓蚀剂不仅能激活铝阳极表面钝化层，还能在反应过程中在铝阳极表面形成保护膜，从而抑制铝阳极的自腐蚀而不丧失活性。但由于保护膜的沉积不均匀，限制了缓蚀效率的提高。为了更好地调节铝/电解质界面，在此基础上，提出了锡酸钾与羟乙基纤维素(HEC)的复合缓蚀剂。锡酸钾与HEC的协同作用可以使Sn膜均匀沉积在Al阳极表面，从而显著改变Al/电解质的界面性质，不仅通过激活钝化层来降低极化，而且使碱性铝空气电池工作电压和功率密度明显提高。

技术研发人员：王振波,朱如强,张益明
受保护的技术使用者：南京时拓能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13