[发明专利]一种碱性电解液复合缓蚀剂和铝空气电池

说明书

本发明涉及铝空气电池领域，公开了一种适用于铝空气电池碱性电解液的复合缓蚀剂。该碱性电解液复合缓蚀剂主要由无机成相型缓蚀剂硫酸锌和有机吸附型缓蚀剂海藻酸钠组成。硫酸锌为阴极型缓蚀剂，通过覆盖铝电极表面的阴极析氢活性位点抑制铝电极的自腐蚀行为，不影响铝阳极放电反应的电化学活性；海藻酸钠吸附在锌保护膜上增强了其稳定性。通过向碱性电解液中添加复合缓蚀剂，能有效抑制铝电极的腐蚀从而减缓铝空气电池的自放电现象，同时明显提高铝空气电池的实际放电性能，是一种工艺简单、安全环保、综合性能良好的铝空气电池碱性电解液缓蚀剂。

技术领域

本发明涉及铝空气电池领域，特别是涉及一种铝空气电池碱性电解液缓蚀剂。

背景技术

随着社会的不断进步以及经济的快速发展，人类对能源的需求愈来愈大，一种具有高效、节能、无污染的新能源将会是能源领域发展的主要方向。金属空气电池作为一种新型的燃料电池，具有比能量大、重量轻、内阻小、无毒害、储存寿命长、价格相对便宜等优点，在新能源领域中的应用优势明显。铝空气电池不仅具有燃料电池的系列优点，其电池放电产物经过煅烧、电解后可制备生成高纯度的铝，能作为电池的负极材料再生循环利用，因而，是一种应用前景十分广阔的新能源技术。

与中性电解液铝空气电池相比，铝负极在碱性电解液中的电极电位相对较负(-1.66V vs.Hg/HgO)，并且铝负极放电产物Al(OH)₃在碱性溶液中会进一步溶解生成可溶性铝酸盐，对电池效率的影响较小，因此铝空气电池在碱性电解液中的放电性能更高。然而，铝负极在碱性电解液中会发生严重的析氢腐蚀导致阳极利用率下降，产生的过量氢气还存在着一定的安全隐患，铝负极材料在碱性溶液中的自腐蚀现象严重影响了其使用寿命和电池安全。

针对碱性铝空气电池铝负极自腐蚀现象严重这一问题，可从铝负极材料的改性和电解质溶液的改进进行解决：①向高纯铝中添加其他合金元素如镓、铟、锡等，改变铝负极的组成结构，以提高负极材料的耐腐蚀性能及电池的整体效率；②在不降低铝空气电池放电性能的前提下，向碱性电解液中加入具有缓蚀功效的添加剂以减缓负极材料的自腐蚀。由于方法①铝的合金化成本较高，方法②缓蚀剂的使用具有成本低、简单方便等优点而备受研究者关注。

铝空气电池碱性电解液缓蚀剂有无机缓蚀剂、有机缓蚀剂和复合型缓蚀剂。单一的无机缓蚀剂和有机缓蚀剂虽然能在一定程度上降低铝电极的腐蚀速率，但多以牺牲铝阳极活性为代价。因此，目前关于铝空气电池碱性电解液缓蚀剂的研究多集中于组分复杂的无机-有机复合缓蚀剂，通过无机-有机复合在金属表面形成沉淀膜和吸附膜，减小铝电极自腐蚀速率的同时降低对铝阳极活性的影响。然而，已有关于铝空气电池复合缓蚀剂报道中的无机成分以ZnO(J.Power Sources.,2015,285:100-108)或Na₂SnO₃(Electrochim.Acta.,2017,248:478-485)为主，多集中于缓蚀效果的研究，有关缓蚀剂对电池实际放电性能的影响关注较少。由于ZnO是一种混合型缓蚀剂(J.Power Sources.,2016,335:1-11)，同时抑制铝电极表面的阳极反应和阴极反应，因此ZnO虽可降低铝电极的自腐蚀速率，但也牺牲了铝阳极的电化学活性，进而影响铝空气电池的实际放电性能；Na₂SnO₃可能会导致金属枝晶的形成，使电池短路或破坏，安全性欠佳，此外Na₂SnO₃在铝表面生成的Sn保护膜不均匀(Chem.Eng.J.,2020,383:123162)。