[发明专利]碱性铝电池碱性电解液的复合缓蚀剂、电解液及制备方法

说明书

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Al2O3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0.015～0.1mol/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。

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、O-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0.015～0.1mol/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。

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匀；

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，搅拌混匀，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。

具体实施方式