专利名称：碱性铝电池碱性电解液的复合缓蚀剂、电解液及制备方法
技术领域：
本发明属于碱性铝电池电解液制造领域，涉及一种碱性铝电池碱性电解液的复合 缓蚀剂、碱性电解液及制备方法。
背景技术：
铝-空气电池中的铝阳极是一种高强度能量载体，电化学当量高(2. 98Ah/g)，电 位负(-2. 35V vs. SHE)，功率大，其理论能量密度可达8100Wh/kg，为铅酸电池的47. 5倍，且 对环境非常友好。此外，铝是地壳中含量最多的金属元素，储量丰富，价格低廉，对环境无污 染，以上的诸多优势使得铝成为一种颇有优势的化学电源阳极材料。而采用铝作为化学电 源阳极材料的铝-空气蓄电池体系有二种类型一种采用碱性电解液；一种是采用含中性 氯化物电解液(如氯化钠、氯化铝或氯化钾)。采用中性氯化物电解液的盐类体系虽具有足 够高的比能量密度，但比功率较低。而碱性体系则具有高比能量密度及高比功率密度。同 时，电池为了获得高电流密度，空气电极需要强碱或强酸电解液，但强酸电解液会腐蚀铝阳 极和其他电池材料，故不适用。而在碱性介质中，铝阳极材料上的A1203保护膜容易被溶 解，会导致大量析氢，腐蚀相当严重，其利用率远小于100 %，尤其是在大电流密度工作条件 下，其工作电压较正，阳极极化十分严重，使得铝在碱性电池阳极上的应用受到了限制。为 降低腐蚀速率，提高电极的利用率，通过向碱性电解液中添加合适的缓蚀剂是简单而有效 的方法。所添加的缓蚀剂在保证铝电极在碱性电解质中有较好的耐腐蚀性同时，也应要保 证铝阳极有较好的电化学活性。缓蚀剂主要有无机和有机两大类。无机缓蚀剂主要是通过置换反应在金属的表 面覆盖一层析氢过电位高的金属，从而将发生在金属表面的析氢反应移植到析氢过电位高 的金属表面，达到抑制析氢反应和实现抑制锌腐蚀的目的。有机缓蚀剂大多是表面活性物 质，通过吸附在金属表面形成的一层薄膜，阻止或减少了 OH-离子和金属表面的接触，提高 了金属表面的析氢过电位，使腐蚀速度减小。目前通过对添加单一缓蚀剂的研究发现，电解 质中添加单一缓蚀剂后，在提高阳极抗腐蚀性和保证较好的电化学活性两方面无法得到兼 顾。仅靠添加单一的缓蚀剂很难达到广泛应用的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高铝阳极在碱液中的析氢过电位，在有效的抑制铝 电极在碱性溶液中腐蚀的同时，保证铝阳极的电化学活性的碱性铝电池复合缓蚀剂、碱性 电解液及制备方法。本发明的目的是通过以下方式实现的一种碱性铝电池碱性电解液的复合缓蚀剂由无机缓蚀剂与有机缓蚀剂混合而成， 所述的无机缓蚀剂包括锡酸钠、氢氧化铟、柠檬酸钠、氧化钙、氧化锌；所述的有机缓蚀剂包 括壳聚糖衍生物、有机表面活性剂；所述的各种成分在碱性铝电池碱性电解液中的浓度分 别为锡酸钠0. 015 0. lmol/L ；氢氧化铟0. 005 0. 05mol/L ；柠檬酸钠0. 03 0. Imol/L ；氧化钙0. 003 0. 05mol/L ；氧化锌0. 02 0. lmol/L ；壳聚糖衍生物0. 01 0. 1 % wt ； 有机表面活性剂0. 05 0. 5% wt。所述的壳聚糖衍生物为壳聚糖季铵盐、壳聚糖N-烷基化衍生物、羧甲基化衍生 物、0-烷基化衍生物和酯化衍生物中的一种或其中几种的混合物。所述的有机表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、脂肪醇 磷酸酯盐、聚乙二醇和吐温-20中的一种或其中几种的混合物。添加所述的碱性铝电池碱性电解液的复合缓蚀剂的碱性铝电池碱性电解液是在 碱液中含有以下各浓度的成分锡酸钠0. 015 0. lmol/L ；氢氧化铟0. 005 0. 05mol/L ； 柠檬酸钠0. 03 0. lmol/L ；氧化钙0. 003 0. 05mol/L ；氧化锌0. 02 0. lmol/L ；壳聚糖 衍生物0. 01 0. wt ；有机表面活性剂0. 05 0. 5% wt。所述的碱液为0. 1 7mol/L的NaOH溶液；优选为6mol/L的NaOH溶液。所述的碱性铝电池碱性电解液的制备方法，包括以下步骤1)将所需质量的锡酸钠、氢氧化铟、柠檬酸钠、氧化钙、氧化锌分别进行研磨，再将 固体粉末混合均勻；2)取碱液1. 0L，将步骤1)中的所制得的混合固体粉末分3-10次加入到碱液中， 搅拌使其溶解，静置5-10分钟，将所需质量的壳聚糖衍生物、有机表面活性剂加入到溶有 混合固体粉末的碱液中，搅拌混勻，即得到含复合缓蚀剂的碱性铝电池碱性电解液。本发明的技术效果在于，能够同时兼顾碱性铝电池提高阳极抗腐蚀性和保证较好 的电化学活性两方面的需求，有效地提高了铝电池使用寿命及工作效率，且实施简单、成本 较低。
具体实施例方式以下实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。实施例1按电解液中含锡酸钠0. 015mol/L、氢氧化铟0. 005mol/L、柠檬酸钠0. 03mol/L、氧 化钙0. 003mol/L、氧化锌0. 02mol/L的浓度，将所需质量的锡酸钠、氢氧化铟、柠檬酸钠、氧 化钙、氧化锌分别进行研磨，再将固体粉末混合均勻。然后取6mol/L的NaOH溶液1. OLdf 混合固体粉末分5次加入到碱液中，搅拌使其溶解，静置7分钟。按N-羟丙基三甲基氯化 铵壳聚糖(GTCC) 0. 045% wt ；十二烷基苯磺酸钠0. 4% wt的重量百分比取原料，将原料 加入到溶有混合固体粉末的碱液中，搅拌混勻，即得到含复合缓蚀剂的碱性铝电池电解液。实施例2按电解液中含锡酸钠0. 02mol/L、氢氧化铟0. 005mol/L、柠檬酸钠0. 03mol/L、氧 化钙0. 0(MmOl/L、氧化锌0. 02mol/L的浓度，将所需质量的锡酸钠、氢氧化铟、柠檬酸钠、氧 化钙、氧化锌分别进行研磨，再将固体粉末混合均勻。取6mol/L的NaOH溶液1. 0L，将混合 固体粉末分6次加入到碱液中，搅拌使其溶解，静置6分钟。按N-羟丙基三辛基氯化铵壳 聚糖(GOCC) 0. 05% wt ；十二烷基苯磺酸钠0. 4% wt的重量百分比取原料，将原料分别加 入到溶有混合固体粉末的碱液中，搅拌混勻，即得到含复合缓蚀剂的碱性铝电池电解液。实施例3按电解液中含锡酸钠0. 015mol/L、氢氧化铟0. 005mol/L、柠檬酸钠0. 04mol/L、氧化钙0. 004mol/L、氧化锌0. 03mol/L的浓度，将所需质量的锡酸钠、氢氧化铟、柠檬酸钠、氧 化钙、氧化锌分别进行研磨，再将固体粉末混合均勻。然后取6mol/L的NaOH溶液1. OLdf 混合固体粉末分7次加入到碱液中，搅拌使其溶解，静置8分钟。按0-羧甲基-N- (3-十八 烷氧基-2-羧甲氧基丙基)壳聚糖(CAPCTQ 0. 045% wt ；十二烷基苯磺酸钠0. 4% wt的 重量百分比取原料，将原料分别加入到溶有混合固体粉末的碱液中，搅拌混勻，即得到含复 合缓蚀剂的碱性铝电池电解液。附表20°C下Al合金阳极析氢速度
权利要求
1.一种碱性铝电池碱性电解液的复合缓蚀剂，其特征在于，所述的复合缓蚀剂由无 机缓蚀剂与有机缓蚀剂混合而成，所述的无机缓蚀剂包括锡酸钠、氢氧化铟、柠檬酸钠、氧 化钙、氧化锌；所述的有机缓蚀剂包括壳聚糖衍生物、有机表面活性剂；所述的各种成分在 碱性铝电池碱性电解液中的浓度分别为锡酸钠0. 015 0. lmol/L ；氢氧化铟0. 005 0. 05mol/L ；柠檬酸钠 0. 03 0. lmol/L ；氧化钙 0. 003 0. 05mol/L ；氧化锌 0. 02 0. lmol/L ；壳聚糖衍生物0. 01 0. wt ；有机表面活性剂0. 05 0. 5% wt。
2.根据权利要求1所述的复合缓蚀剂，其特征在于，所述的壳聚糖衍生物为壳聚糖季 铵盐、壳聚糖N-烷基化衍生物、羧甲基化衍生物、0-烷基化衍生物和酯化衍生物中的一种 或其中几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的复合缓蚀剂，其特征在于，所述的有机表面活性剂为十二烷 基苯磺酸钠、苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、脂肪醇磷酸酯盐、聚乙二醇和吐温-20中的一种 或其中几种的混合物。
4.一种碱性铝电池碱性电解液，其特征在于，所述的电解液是在碱液中含有以下各浓 度的成分锡酸钠0. 015 0. lmol/L ；氢氧化铟0. 005 0. 05mol/L ；柠檬酸钠0. 03 0. lmol/L ；氧化钙0. 003 0. 05mol/L ；氧化锌0. 02 0. lmol/L ；壳聚糖衍生物0. 01 0. 1% Wt ；有机表面活性剂0. 05 0. 5% Wt。
5.根据权利要求4所述的碱性电解液，其特征在于，所述的碱液为0.1 7mol/L的 NaOH溶液。
6.根据权利要求4所述的碱性电解液，其特征在于，所述的碱液为6mol/L的NaOH溶液。
7.根据权利要求4所述的碱性电解液，其特征在于，所述的壳聚糖衍生物为壳聚糖季 铵盐、壳聚糖N-烷基化衍生物、羧甲基化衍生物、0-烷基化衍生物和酯化衍生物中的一种 或其中几种的混合物。
8.根据权利要求4所述的碱性电解液，其特征在于，所述的有机表面活性剂为十二烷 基苯磺酸钠、苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、脂肪醇磷酸酯盐、聚乙二醇和吐温-20中的一种 或其中几种的混合物。
9.权利要求4-8中任意一项所述的碱性铝电池碱性电解液的制备方法，其特征在于， 包括以下步骤1)将所需质量的锡酸钠、氢氧化铟、柠檬酸钠、氧化钙、氧化锌分别进行研磨，再将固体 粉末混合均勻；2)取碱液1.0L，将步骤1)中的所制得的混合固体粉末分3-10次加入到碱液中，搅拌 使其溶解，静置5-10分钟，将所需质量的壳聚糖衍生物、有机表面活性剂加入到溶有混合 固体粉末的碱液中，搅拌混勻，即得到含复合缓蚀剂的碱性铝电池碱性电解液。
全文摘要
本发明公开了一种碱性铝电池碱性电解液的复合缓蚀剂、电解液及制备方法，该碱性电池铝阳极缓蚀剂由无机缓蚀剂和有机缓蚀剂复合而成，无机缓蚀剂包括锡酸钠、氢氧化铟、柠檬酸钠、氧化钙、氧化锌；有机缓蚀剂包括壳聚糖衍生物、有机表面活性剂；各成分在碱性电解液中的浓度分别为锡酸钠0.015～0.1mol/L；氢氧化铟0.005～0.05mol/L；柠檬酸钠0.03～0.1mol/L；氧化钙0.003～0.05mol/L；氧化锌0.02～0.1mol/L；壳聚糖衍生物0.01～0.1％wt；有机表面活性剂0.05～0.5％wt。本发明能有效的抑制铝电极在碱性溶液中的腐蚀，并且不影响铝阳极的电化学活性。
文档编号H01M10/26GK102088115SQ20111000443
公开日2011年6月8日 申请日期2011年1月11日 优先权日2011年1月11日
发明者刘洪涛, 卢周广, 唐有根, 彭志光, 沈冬 申请人:中南大学