[发明专利]一种铝空气电池

说明书

本发明公开了一种铝空气电池，具体涉及一种包含二元铝合金负极/电解质复合体系的铝空气电池。通过在纯铝中仅添加一种异价金属作为活化金属，在碱性电解液中添加锡酸盐作为析氢抑制剂，制备得到的铝合金在异价金属的活化作用下，电解液中锡酸盐能够被金属铝还原成金属锡并均匀沉积在铝电极表面，没有添加异价金属在铝基体中时，锡酸盐无法均匀沉积在铝电极表面。该体系中铝合金只需添加一种合金元素，以及电解液中添加锡酸盐，相比其他多元铝合金负极，性能优异(析氢抑制效率高达96％)，制备简单，成本低廉。

技术领域

本发明属于铝空气电池领域，具体的说涉及一种二元铝合金负极和电解液复合体系的制备方法。

背景技术

铝/空气电池是以金属铝和空气中的氧气为反应活性物质的化学电源，负极一般为铝合金板，正极为由防水层、扩散层、催化层和集流体等组成的空气电极，电解液为碱性溶液或中性溶液。铝的电化学当量达2.98Ah/g，仅次于锂，且正极活性物质氧气来自于空气，因此铝/空气电池具有高比能量的特点。另外，金属铝资源丰富、使用安全、反应产物无毒并可回收，是理想的电极材料。

采用碱性电解质体系的铝/空气电池在高功率应用方面具有应用前景，如备用电池、水下装置驱动以及电动车电源等。但铝在碱性溶液中会发生严重的析氢腐蚀，产生氢气和热量，并且降低了铝的电流效率。抑制铝阳极在碱性电解液中析氢腐蚀的途径主要有两方面，一方面是在高纯铝中添加镁、锡、镓、铟、铅、铋、锌等多种合金元素，另一方面是在电解质中添加缓蚀剂，其中多元铝合金可以明显提高电池性能，但制备复杂，成本高。目前，已公开的专利有CN 102820472 A中的Al-Mg-Sn-Ga-Mn五元合金，阳极利用率大于等于94％，CN 104018018 A中的四元合金Al-Sn-Bi-Mn，其电流效率仅大于55％，上述合金均需添加三种及以上合金元素。电解质中添加缓蚀剂的方法虽然工艺简单，但效果不明显，因此研究者提出有机和无机电解质的复合体系，其中专利CN 102088115 A中的碱性铝电池复合缓蚀剂包括锡酸钠、氢氧化铟、柠檬酸钠、氧化钙和氧化锌五种无机缓蚀剂，壳聚糖衍生物和有机表面活性剂两种有机缓蚀剂。专利CN 101353798A的电解液包括聚丙烯粘性液体，锡酸钠，氢氧化铟，氯化钙和氟化钠五种缓蚀剂。专利CN 103633396 A的缓蚀剂包括硫代硫酸钠和锡酸钠两种缓蚀剂，专利CN 104505559 A的缓蚀剂包括氧化锌，氧化钙，氧化铋，明胶，骨胶，有机表面活性剂和有机染料七种缓蚀剂。多种活性剂的添加增加了电解质制备的难度和成本。本发明发现了异价金属的活化作用，首次提出二元铝合金电解液复合体系，仅需要在铝合金中添加一种金属元素，在电解质中添加一种析氢抑制剂，在合金元素和析氢抑制剂的协同作用下，明显降低析氢腐蚀速率。相比其他专利中多元合金化或添加缓蚀剂，明显降低成本，并且制备简单。

发明内容

本发明公开了一种铝空气电池，具体涉及一种包含二元铝合金负极/电解质复合体系的铝空气电池，提供了一种二元铝合金负极/电解液复合体系的制备方法。铝金属表面的致密钝化膜阻碍了电解液中锡酸盐在电极表面沉积反应的进行。通过在铝基体中添加一种异价金属，可以使合金表面生成的钝化膜产生阴离子空位，降低离子扩散的活化能，提高离子扩散系数，根据能斯特-爱因斯坦方程钝化膜的离子电导率提高。因此，可以促进锡酸盐在电极表面的沉积反应，该方法能够有效将析氢过电位高的金属锡均匀沉积在铝电极表面，从而有效的抑制析氢腐蚀。相比其他该领域的发明，仅需要在铝负极中添加一种合金元素，具有制备简单、成本低廉的特点。具体通过以下技术方法来实现：

一种铝合金负极/电解液复合体系的制备方法，在铝基体中添加锂、钠、钾、镁、钙、钡、锌、锡、铅金属元素中的一种，在碱性电解质中添加锡酸盐。

所述的铝合金可以通过高温熔炼的方法制备，其中锂、钠、钾、钙需要在惰性气体保护气氛下熔炼。称取一定质量比例的铝块和其它金属粒或其它金属元素和铝形成的中间合金粒放入高温熔炼炉的坩埚内加热熔化并充分搅拌，将熔融液体倒入钢模中冷却凝固，随后将铸锭在500～600℃下均匀化处理1～24h。