本發(fā)明屬于金屬空氣電池技術(shù)領(lǐng)域，具體的說涉及一種鋁/空氣電池電解質(zhì)及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
鋁/空氣電池是以金屬鋁和空氣中的氧氣為反應(yīng)活性物質(zhì)的化學電源，負極一般為高純鋁或鋁合金板，正極為由防水層、擴散層、催化層和集流體等組成的空氣電極，電解液為堿性溶液或中性溶液。鋁的電化學當量達2.98Ah/g，僅次于鋰，且正極活性物質(zhì)氧氣來自于空氣，因此鋁/空氣電池具有高比能量的特點。另外，金屬鋁資源豐富、使用安全、反應(yīng)產(chǎn)物無毒并可回收，是理想的電極材料。
采用堿性電解質(zhì)體系的鋁/空氣電池在高功率應(yīng)用方面具有應(yīng)用前景，如備用電池、水下裝置驅(qū)動以及電動車電源等。但鋁在堿性溶液中會發(fā)生嚴重的析氫腐蝕，產(chǎn)生氫氣和熱量，并且降低了鋁的電流效率。鋁空氣電池高功率放電時(電流密度大于100mA/cm2)，工作溫度需達到50℃以上才具有較高的工作電壓，該溫度下產(chǎn)生的氫氣會引起堿霧的揮發(fā)和電解液中水分的蒸發(fā)，堿霧的揮發(fā)造成電池部件的腐蝕，水分的蒸發(fā)使電池壽命縮短。抑制鋁陽極在堿液中析氫腐蝕的途徑主要有兩方面，一方面是在高純鋁中添加鎂、錫、鎵、銦等合金元素，另一方面是在電解質(zhì)中添加緩蝕劑。兩者都可以有效的降低其析氫腐蝕速率。目前堿性鋁/空氣電池電解質(zhì)緩蝕劑主要分為無機緩蝕劑和有機緩蝕劑，無機緩蝕劑包括氧化銦、氧化鋅、錫酸鈉、高錳酸鉀、氟化鈉、硫代硫酸鈉等等，有機緩蝕劑包括各種有機表面活性劑、氨基苯酚等，上述緩蝕劑大多能夠起到一定的析氫抑制效果，但并沒有有效的抑制堿霧揮發(fā)和水分的蒸發(fā)。本發(fā)明首次提出通過添加膠黏劑來加強緩蝕劑的析氫抑制效果，并且有效的抑制了堿性電解質(zhì)在高溫下工作存在的堿霧揮發(fā)和水分蒸發(fā)問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
一種鋁/空氣電池電解質(zhì)，包括氫氧化鉀和/或氫氧化鈉溶液、膠黏劑、無機緩蝕劑和有機緩蝕劑。
所述膠黏劑為羧甲基纖維素、分子量大于1000且小于10000的聚丙烯酸鈉、分子量大于1000且小于10000的聚丙烯酸中的一種或兩種以上。所述膠黏劑分子量太大會降低電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率和流動性，分子量太小對堿霧的揮發(fā)沒有抑制效果。
所述無機緩蝕劑為錫酸鈉、二羥基丁二酸鈉中的一種或兩種。添加錫酸鈉會使鋁陽極表面沉積一層金屬錫，膠黏劑能夠同時起到阻止金屬錫層脫落的作 用，二羥基丁二酸鈉能夠吸附在鋁陽極表面，起到增強抑制析氫的作用。
所述有機緩蝕劑為聚丙烯酰胺、鄰氨基苯酚中的一種或兩種。有機緩蝕劑吸附在
所述氫氧化鉀和/或氫氧化鈉溶液的濃度為4-10mol/L；所述膠黏劑于氫氧化鉀和/或氫氧化鈉溶液中的質(zhì)量濃度為1-10wt％，膠黏劑添加量太大會降低電解質(zhì)電導(dǎo)率和流動性，添加量太小起不到抑制堿霧揮發(fā)的效果；所述無機緩蝕劑中錫酸鈉于氫氧化鉀和/或氫氧化鈉溶液中的摩爾濃度為0.01-0.1mol/L，所述無機緩蝕劑中二羥基丁二酸鈉于氫氧化鉀和/或氫氧化鈉溶液中的摩爾濃度為0.01-0.1mol/L；所述有機緩蝕劑中聚丙烯酰胺于氫氧化鉀和/或氫氧化鈉溶液中的質(zhì)量濃度為0.01-0.2wt％；所述無機緩蝕劑中錫酸鈉含量太小時，隨著放電的進行電解質(zhì)溶液中錫酸鈉含量降低，析氫抑制效果減弱，錫酸鈉含量太大對析氫抑制效果無增強。所述膠黏劑于氫氧化鉀和/或氫氧化鈉溶液中的質(zhì)量濃度優(yōu)選為5wt％；所述無機緩蝕劑錫酸鈉于氫氧化鉀和/或氫氧化鈉溶液中的摩爾濃度優(yōu)選為0.07mol/L；所述有機緩蝕劑聚丙烯酰胺于氫氧化鉀和/或氫氧化鈉溶液中的質(zhì)量濃度優(yōu)選為0.08-0.12wt％。
所述電解質(zhì)為鋁/空氣電池電解質(zhì)。
所述鋁/空氣電池電解質(zhì)溶液的制備方法包括以下步驟：
(1)按組分配制氫氧化鉀和/或氫氧化鈉溶液，再稱取無機緩蝕劑加入到氫氧化鉀溶液和/或氫氧化鈉中，冷卻至20℃；
(2)于步驟(1)所得混合溶液中，加入膠黏劑和有機緩蝕劑，攪拌3-30min后靜置0.5-2h，即得鋁/空氣電池電解質(zhì)溶液；
步驟(1)中所述氫氧化鉀和/或氫氧化鈉溶液的濃度為4-10mol/L；所述膠黏劑于氫氧化鉀和/或氫氧化鈉溶液中的質(zhì)量濃度為1-10wt％；所述無機緩蝕劑中錫酸鈉于氫氧化鉀和/或氫氧化鈉溶液中的摩爾濃度為0.01-0.1mol/L，所述無機緩蝕劑中二羥基丁二酸鈉于氫氧化鉀和/或氫氧化鈉溶液中的摩爾濃度為0.01-0.1mol/L；所述有機緩蝕劑中聚丙烯酰胺于氫氧化鉀和/或氫氧化鈉溶液中的質(zhì)量濃度為0.01-0.2wt％。
所述膠黏劑為羧甲基纖維素、分子量大于1000且小于10000的聚丙烯酸鈉、分子量大于1000且小于10000的聚丙烯酸中的一種或兩種以上。
所述無機緩蝕劑為錫酸鈉、二羥基丁二酸鈉中的一種或兩種。
所述有機緩蝕劑為聚丙烯酰胺、鄰氨基苯酚中的一種或兩種。
本發(fā)明所具有的有益效果有：
于氫氧化鉀和/或氫氧化鈉溶液中加入膠黏劑生成凝膠電解質(zhì)，有效的降低了鋁/空氣電池在50℃以上工作時由于析氫腐蝕引起的堿霧揮發(fā)，且能夠起到抑制水分蒸發(fā)，但低分子量的聚合物又會使電解質(zhì)具有很好的流動性，可以在電池內(nèi)部循環(huán)，且電解質(zhì)電導(dǎo)率接近相同濃度的氫氧化鉀和/或氫氧化鈉溶液的電導(dǎo)率。
無機緩蝕劑中的錫酸鈉的添加使鋁陽極表面沉積一層金屬錫，由于其析氫過 電位高，能夠顯著降低鋁基體的溶解，抑制鋁陽極的析氫腐蝕。同時，膠黏劑的添加會防止鋁陽極表面的金屬錫脫落，有效的加強了無機緩蝕劑錫酸鈉的析氫抑制效果。
無機緩蝕劑二羥基丁二酸鈉的羥基和和有機緩蝕劑中聚丙烯酰胺的氨基容易在金屬鋁表面吸附，在不降低鋁陽極電極電勢的情況下能夠起到良好的析氫抑制效果。
附圖說明
圖1實施例1與對比例1鋁/空氣電池的放電性能對比。
具體實施方式
下述實施例僅對本發(fā)明作進一步詳細說明，并非限制本發(fā)明。
實施例1
本實施例中采用8mol/L的KOH溶液，其中膠黏劑聚丙烯酸鈉的含量為3wt％，錫酸鈉的濃度為0.056mol/L，二羥基丁二酸鈉0.01mol/L，聚丙烯酰胺為0.1wt％。電解液的配制方法為：配制8mol/L的KOH溶液，稱取上述比例的錫酸鈉和二羥基丁二酸鈉于KOH溶液中，冷卻。稱取上述比例的聚丙烯酸鈉和聚丙烯酰胺于氧化鉀溶液中，攪拌10min，靜置1h，即得到該鋁/空氣電池電解液。
實施例2
本實施例中采用10mol/L的KOH溶液，其中羧甲基纖維素的含量為5wt％，錫酸鈉的濃度為0.02mol/L，二羥基丁二酸鈉0.05mol/L，聚丙烯酰胺為0.1wt％。電解液的配制方法為：配制10mol/L的KOH溶液，稱取上述比例的錫酸鈉和二羥基丁二酸鈉于KOH溶液中，冷卻。稱取上述比例的羧甲基纖維素和聚丙烯酰胺于氧化鉀溶液中，攪拌10min，靜置1h，即得到該鋁/空氣電池電解液。
實施例3
本實施例中采用4mol/L的NaOH溶液，其中聚丙烯酸的含量為3wt％，錫酸鈉的濃度為0.05mol/L，二羥基丁二酸鈉0.05mol/L，聚丙烯酰胺為0.2wt％。電解液的配制方法為：配制6mol/L的NaOH溶液，稱取上述比例的錫酸鈉和二羥基丁二酸鈉于NaOH溶液中，冷卻。稱取上述比例的聚丙烯酸和聚丙烯酰胺于氫氧化鈉溶液中，攪拌10min，靜置1h，即得到該鋁/空氣電池電解液。
實施例4
本實施例中采用6mol/L的NaOH溶液，其中聚丙烯酸鈉的含量為5wt％，錫酸鈉的濃度為0.04mol/L，二羥基丁二酸鈉0.03mol/L，鄰氨基苯酚為0.2mol/L。電解液的配制方法為：配制6mol/L的NaOH溶液，稱取上述比例的錫酸鈉和二羥基丁二酸鈉和鄰氨基苯酚于NaOH溶液中，冷卻。稱取上述比例的聚丙烯酸鈉于氫氧化鈉溶液中，攪拌10min，靜置1h，即得到該鋁/空氣電池電解液。
對比例1
采用8mol/L的KOH溶液作為鋁/空氣電池電解液
采用上述電解液作為鋁/空氣電池電解液時，吸氫速率詳見表1。此時，鋁陽極為99.999％的高純鋁。
表1：鋁陽極在50℃電解質(zhì)溶液中100mA/cm2的電流密度下工作時的性能對比
氫氧化鉀和/或氫氧化鈉溶液中加入膠黏劑生成凝膠電解質(zhì)，有效的降低了鋁/空氣電池在50℃以上工作時由于析氫腐蝕引起的堿霧揮發(fā)，且能夠起到抑制水分蒸發(fā)，但低分子量的聚合物又會使電解質(zhì)具有很好的流動性，可以在電池內(nèi)部循環(huán)，且電解質(zhì)電導(dǎo)率接近相同濃度的氫氧化鉀和/或氫氧化鈉溶液的電導(dǎo)率。