[发明专利]一种电解液缓蚀剂、铝空气电池用电解液及铝空气电池

说明书

技术领域

本发明属于铝空气电池技术领域，具体涉及一种电解液缓释剂，同时还涉及一种铝空气电池用电解液及使用该电解液的铝空气电池。

背景技术

金属空气电池是新一代绿色蓄电池，它制造成本低、比能量高、原材料可回收利用，性能优越。目前研究较多的金属空气电池有锌空气电池、铝空气电池和锂空气电池等，与产业化最接近的只有锌空气电池。在电位序中，铝比锌更活泼，可以获得较高的电池电压；一个铝原子可以释放出三个电子，而一个锌原子释放出两个电子，铝可提高电池的能量；此外，铝储量丰富、价格低廉，故铝空气电池的研究进展十分迅速，是一种很有发展前途的空气电池。

铝空气电池，是以铝与空气作为电池材料的一种新型电池。铝作为空气电池的阳极材料有其独特的优点：电化学当量高，铝的电化学当量为2980A·h/kg，为除锂外最高的金属；电极电位较负，在碱性溶液中其标准电极电位为-2.35V(vs.SHE)，对阳极材料来说，电位越负越好，电池能提供更大的电动势；铝的资源丰富，价格低廉。目前，空气电池用铝阳极材料与锌阳极材料相比，存在的首要问题是：铝在碱性溶液中自腐蚀很严重，造成阳极利用率大大降低，阻碍了铝空气电池的商业化应用。研究人员通过微合金化开发出新型铝阳极材料，以及添加相应的电解液缓蚀剂，可减小铝的自腐蚀速率。铝空气电池阳极材料常用的合金化元素主要有锌、镁、稼、铟、锡、铅、汞、铋等。这些元素添加到铝中形成三元、四元等多元合金。

铝空气电池由铝阳极、空气阴极和电解液组成；在放电过程中，空气中的氧气通过空气阴极进入电解液到达反应界面发生还原反应而释放出电能。电解液一般为碱性溶液，如氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液；早期的研究多采用氢氧化钾溶液，从放电产物的再回收利用方面考虑，目前多使用氢氧化钠溶液。因铝在强碱性溶液中的自腐蚀速率很大，因此需要在碱液中添加一些抑制剂来减缓铝阳极的自腐蚀。现有技术中，普遍使用的多是无机缓蚀剂，如NaSnO₃、In(OH)₃、Ga(OH)₃、K₂MnO₄等。大多数的无机缓蚀剂虽然能够一定程度上减小铝阳极所用铝合金材料的自腐蚀速率，但往往是以牺牲阳极活性为代价的；且无机腐蚀剂多为化学合成，制备成本高，价格昂贵，某些组分可能会造成环境污染，对人类有一定的毒害作用，不符合环保要求。因此，寻求一种新型绿色环保的电解液缓蚀剂，降低铝阳极的自腐蚀速率并提高铝空气电池的电化学性能，具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种电解液缓蚀剂，添加至电解液中能显著降低铝阳极的自腐蚀速率并提高其电化学性能，绿色环保。

本发明的第二个目的是提供一种铝空气电池用电解液。

本发明的第三个目的是提供一种使用上述电解液的铝空气电池。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种电解液缓蚀剂，所述电解液缓蚀剂是薰衣草精油的乙醇溶液，其中薰衣草精油的体积百分含量为10％～60％。

一种铝空气电池用电解液，包含以下浓度的组分：氢氧化钠2～6mol/L、电解液缓蚀剂20～100ppm，余量为水；所述电解液缓蚀剂是薰衣草精油的乙醇溶液，其中薰衣草精油的体积百分含量为10％～60％。

所述电解液的制备方法为：按配方量，将薰衣草精油缓蚀剂加入氢氧化钠溶液中，加入剩余的水，搅拌均匀，即得。电解液所用的水均为蒸馏水。

本发明的电解液缓蚀剂中，薰衣草精油是由薰衣草提炼而成的，来源广泛，价格低廉，环保无毒；薰衣草精油是由许多不同类型的芳香族化合物组成的复杂混合物，主要成分包括：芳樟醇、乙酸芳樟酯、桉树脑、β-罗勒烯、萜-4-醇和樟脑。这些物质所含基团带有较多的负电荷，首先，带电基团和金属表面之间有静电引力；再者，基团分子中存在孤对电子，可以向金属的空轨道提供电子，基团中的氧原子通过孤对电子吸附在金属表面形成不溶性的络合物层，使金属表面与水溶液隔开，起到缓蚀作用。本发明采用从植物中提取的薰衣草精油与乙醇配制的电解液缓蚀剂是一种新型绿色环保缓蚀剂，具有成本低、低毒或无毒、无环境污染等优点，添加至电解液中能显著降低铝阳极的自腐蚀速率并提高其电化学性能，具有良好的经济效益和环境效益。

一种铝空气电池，包括铝阳极、空气阴极和电解液，所述电解液为上述的铝空气电池用电解液。