[发明专利]一种在深度共熔溶剂中低温电解铝的方法

说明书

本发明公开了一种在深度共熔溶剂中低温电解铝的方法。该方法包括：将所述氢键给体和氢键受体按照配比混匀，得到所述深度共熔溶剂后，将金属氧化物溶解于深度共熔溶剂中，以该体系为电解液，进行电解。本发明的优点在于深度共熔溶剂作为电解质，它除了具有离子液体的共性以外，还具有合成简单、廉价和纯度高等优点，是电化学沉积铝的理想溶剂；并且实现了室温下电解铝，得到了光亮、均匀和致密的铝沉积层，改善了铝沉积层的附着能力，避免了枝晶铝的产生，解决了目前沉积层容易脱落的问题；电解过程中，无气体产生，无环境污染。

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种在深度共熔溶剂中低温电解铝的方法。

背景技术

电解铝工业是世界上最大的电化学工业，在我国经济持续发展的推动下，国内氧化铝、电解铝生产得到快速发展，生产能力和实际产量也在持续增长。现代铝工业生产铝主要采用Hall-Héroult法，也就是冰晶石-氧化铝电解法，此法历经100多年的发展，已经日益成熟，但是仍存在着电解温度高、能耗大、污染严重等问题，并且目前工艺得到的铝沉积层薄，沉积过程中容易形成枝晶、粉状颗粒，易脱落，故难以形成实现金属铝在基底上的良好电镀。因此，开发电解温度更为温和、能源利用效率更高的新工艺是很必要的。

由于铝的标准沉积电位是-1.66V，从铝盐的水溶液中沉积出铝是几乎不可能的，近年来有研究在有机溶剂和离子液体中电解AlCl₃，取得的一些成果，电解温度显著下降，降低了能耗，并且克服了水溶液中无法电解活泼金属的难题。但是，有机溶剂作为电解液在使用过程中易挥发，造成二次污染；而现有的离子液体因为其粘度大、价格昂贵、未知产物的生成等弊端也限制了此电解质在电解铝中的工业化应用。所以，开发稳定的、便宜的、粘度小等优点的新型电解质迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是提供一种在深度共熔溶剂中低温电解铝的方法。

本发明要求保护深度共熔溶剂在电解金属中的应用。

上述应用中，所述深度共熔溶剂由氢键给体和氢键受体组成；

所述金属选自铝、硅和钙中的至少一种。

具体的，所述氢键给体选自羧酸类化合物、胆碱类化合物和酰胺类化合物中的至少一种；

更具体的，所述羧酸类化合物选自草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、柠檬酸、糠酸和苯甲酸中的至少一种；

所述胆碱类化合物选自氯化胆碱、溴化胆碱、碘化胆碱和盐酸胍中的至少一种；

所述酰胺类化合物选自尿素、甲基脲、硫脲和甲基硫脲中的至少一种；

所述氢键受体为聚乙二醇类氢键受体；具体选自聚乙二醇、甘油和冠醚中的至少一种；

所述聚乙二醇的数均分子量具体为200-4000。

所述氢键给体与氢键受体的摩尔比为1:2～1:8、1:4或1:6。

本发明提供的制备所述深度共熔溶剂的方法，包括：将所述氢键给体和氢键受体按照配比混匀，得到所述深度共熔溶剂。

上述方法的混匀步骤中，温度为20～80℃，具体为30℃、35℃或40℃；时间为10-30min。

上述方法还可包括：在所述混匀步骤之前，将聚乙二醇进行干燥除水；如可在真空干燥箱里干燥除水1小时。

本发明提供的电解金属的方法，包括：

将金属氧化物溶于前述本发明提供的所述深度共熔溶剂所得体系为电解液，以金属或金属基复合材料为阳极，以不锈钢片或金属片为阴极，进行电解，即在所述阴极表面得到金属沉积层。

上述方法中，所述金属为铝、硅或钙；

所述金属氧化物为氧化铝、二氧化硅或氧化钙；