[发明专利]一种高比容量、高功率碱性铝空气电池电解液及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高比容量、高功率碱性铝空气电池电解液及其制备方法，该电解液包括以下组分：氯化铋、十二烷基二甲基苄氢溴化铵和氢氧化钾，余量为去离子水。采用以上电解质复配，可有效抑制铝阳极表面析氢反应，显著提高铝空气电池功率密度、容量密度和阳极利用率。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种高比容量、高功率碱性铝空气电池电解液及其制备方法。

背景技术

铝空气电池以铝板和空气中的氧气进行反应，具有资源丰富、理论放电电位高、成本低廉等诸多优点。放电过程中铝板发生氧化，空气中氧气发生还原生成OH^-，电子通过外电路从负极流向正极。

铝空气电池通常分为中性与碱性两种，中性电解液通常使用NaCl溶液或海水，由于铝板表面极易生成Al(OH)₃沉淀，使得电导率降低，放电电位低，故通常采用碱性铝空气电池。碱性电解液通常使用KOH或NaOH的水溶液，Al(OH)₃进一步发生溶解生成Al(OH)₄^-，故碱性铝空气电池放电电位与电流密度高于中性铝空气电池，但铝在碱性电解液中析氢腐蚀严重，导致阳极利用率大大降低，容量密度不足800mAh/g_Al，铝阳极利用率仅20％～30％。碱性铝空气电池存在的阳极析氢和自腐蚀严重制约着其应用发展，在解决方案中，阳极合金化和热处理虽然能有效改善电化学性能、减小极化和腐蚀，但是成本较为昂贵、工艺处理较为复杂。相比之下，电解液中添加有效腐蚀抑制剂，操作简单、成本低廉。Deyab等人发现有机物壬炔醇(N-9)通过物理吸附在铝表面减少了阳极析氢自腐蚀，极大地提高了放电性能。但是这种有机物是有毒害作用的，会有污染环境的风险。Liu等人发现季铵类有机物可以有效抑制析氢的效果达到56.3％。显著提高恒流放电电压和比容量，在今后研究中可以参考使用。Nie等人发现酪蛋白强有力的极性官能团的吸附作用，促进了锡金属的均匀稳固的沉积在铝表面，电池放电容量提高89.3％，抑制析氢的效率为83.1％。但是酪蛋白这种药品比较昂贵，不适合产业化使用。Yang等人混合10mmol/L的ZnSO₄和1g/L的SA(海藻酸钠)组成了复合抑制剂，SA在铝阳极表面的吸附下，使得Zn能够更稳定的沉积在Al表面，提高腐蚀电位，抑制析氢效率达到了57.4％，还有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高比容量、高功率碱性铝空气电池电解液及其制备方法。通过在氢氧化钾溶液中添加氯化铋、十二烷基二甲基苄基溴化铵，降低铝表面析氢反应速率，提高放电电压和放电比容量，显著提高铝空气电池阳极利用率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种碱性铝空气电池用电解液，包括以下组分：氢氧化钾2-10mol/L，氯化铋0.1-10mmol/L，十二烷基二甲基苄基溴化铵0.01-8mmol/L，余量为去离子水。

一种碱性铝空气电池用电解液的制备方法，如下所述：

首先，配置氢氧化钾水溶液，加入氯化铋，搅拌溶解后，待溶液冷却后加入试剂十二烷基二甲基苄基溴化铵，最终使配置的电解液中各物质组分为：氢氧化钾2-10mol/L，氯化铋0.1-10mmol/L，十二烷基二甲基苄基溴化铵0.01-8mmol/L，余量为去离子水。

在上述技术方案中，在组装电池过程中，使用碳化硅砂纸对铝阳极进行均匀打磨，打磨精度1500-2000目，保证铝阳极氧化层被均匀地打磨去除。电池在恒流放电前进行5分钟搁置，便于放电时电压稳定。

本发明的优点和有益效果为：

本发明公开了一种碱性铝空气电池用电解液，采用氯化铋、十二烷基二甲基苄基溴化铵、与氢氧化钾复配，提高铝空气电池放电电压，同时可以有效降低铝表面析氢自腐蚀，显著提高阳极利用率(约51.29％-88.9％)。

附图说明