[发明专利]一种具有荧光效应的碱性铝-空电池电解液及其添加剂

说明书

本发明涉及一种具有荧光效应的碱性铝‑空电池电解液添加剂，所述电解液添加剂中组分为8‑羟基喹啉和氧化锌，所述的8‑羟基喹啉与氧化锌的摩尔比为2.5～10.0：1.0～8.0。与现有技术相比，本发明有效的抑制了铝‑空电池铝阳极的析氢自腐蚀，提高了铝‑空电池的放电容量和阳极利用率，而且为铝‑空电池的实时腐蚀监测提供了依据，对铝‑空电池的商业化应用具有重要意义。

技术领域

本发明涉及电化学领域，尤其是涉及一种具有荧光效应的碱性铝-空电池电解液添加剂。

背景技术

铝-空电池是以空气中的氧气为正极活性物质，铝为负极活性物质，空气中的氧气通过气体扩散到达电极电化学反应界面，与Al反应，放出电能的半燃料电池。铝-空电池具有能量密度大，质量轻，材料来源丰富，无污染，可靠性高，寿命长，使用安全等优点，因而对其的开发应用得到广泛关注。根据电解液的性质，铝-空电池一般分为中性铝空气电池和碱性铝空气电池。在中性电解液中，铝空气电池因电压较低很适用于中小功率电器。而碱性电解液中，铝空气电池放电电压高，不仅适用于小功率，而且还适用于中高功率如电动汽车电源等。此外，碱性铝空气电池比中性铝空气电池在结构设计上要简单得多，辅助的设施也少得多。但是，在碱性电解液中，铝阳极会产生严重的析氢自腐蚀，导致电池放电容量大幅下降，这是影响碱性电解液作为铝-空电池电解液的最主要障碍。

目前，针对铝-空气电池中存在的自腐蚀问题所采取的措施主要有阳极改性和电解液添加缓蚀剂。虽然铝-空气电池阳极采用合金化的方法能有效提高阳极的电化学活性和抗自腐蚀性能，但是一些合金元素(如Ga、In、Sn等)成本较昂贵，增加了电极的成本。因此向电解液中添加绿色、低廉、高效的缓蚀剂成为不二选择。电解液添加缓蚀剂后，能分别抑制阳极、阴极反应中某一个或同时抑制两个，就能减小腐蚀过程中的腐蚀电流，达到抑制腐蚀的目的。葡萄糖和氨基酸等绿色有机缓蚀剂作为碱性电解液添加剂均能吸附在在铝阳极的表面，抑制铝阳极的自腐蚀，同时也能提高铝空气电池的放电性能。单一的添加剂虽然能抑制铝合金阳极的析氢自腐蚀，但是通常不能满足技术需求。将两种缓蚀剂复合使用不仅可以减少缓蚀剂的用量，还可以更好的抑制铝阳极的自腐蚀，甚至还会改善阳极的放电特性，产生所谓的“协同效应”。

目前，铝-空气电池的电解液缓蚀剂由单组分发展到复合物，复配缓蚀剂弥补了大部分单组分缓蚀剂的不足之处。CN201610087144.4报道了己二酸和氧化锌作为碱性铝空气电池电解液复配添加剂，不仅可以有效抑制铝空气电池阳极的析氢自腐蚀，也能提高电池的放电性能；CN201510504109.3报道了一种碱性铝空气电池电解液复配添加剂，羧甲基纤维素和氧化锌复配后能抑制铝阳极的析氢自腐蚀，并满足了放电要求；CN201610244635.5报道了一种主要由无机缓蚀剂和有机缓蚀剂组成的碱性铝空气电池电解液复配添加剂，兼顾了吸附型和成相型缓蚀剂的优点。

但上述专利存在性能不理想、不能提供性能的实时监测等问题。喹啉化合物与金属离子具有良好的络合作用，已被证实对铝合金具有一定自腐蚀抑制效果，并具有荧光发射现象。荧光光谱法具有快速和高灵敏度的特点，也可用于鉴定分子和研究分子间的相互作用。但是铝离子在碱性环境中稳定性较差，不利于络合物的生成。所以碱性电解液中喹啉化合物对铝离子的识别作用较弱。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有荧光效应的碱性铝-空电池电解液添加剂、电解液及其制备方法和用途。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种具有荧光效应的碱性铝-空电池电解液添加剂，所述电解液添加剂中组分为8-羟基喹啉和氧化锌，所述的8-羟基喹啉与氧化锌的摩尔比为2.5～10.0：1.0～8.0。

优选地，所述的8-羟基喹啉与氧化锌的摩尔比为5：2。

一种具有荧光效应的碱性铝-空电池电解液，所述的电解液中的溶剂为纯水，其中各组分及其浓度为：