碱性锌空气电池电解液用复合添加剂及电解液和金属空气电池制造技术

本发明专利技术提供了一种碱性锌空气电池电解液用复合添加剂，包括析氢抑制剂和碱性活化剂。尤其是采用柠檬酸钙和葡萄糖的复配物作为复合添加剂。通过析氢抑制剂可以抑制放电过程中锌的析氢自腐蚀，提高放电过程中电池阳极效率，而采用碱性活化剂可络合电化学反应产生的锌离子，有效减少锌离子和氢氧根生成锌酸盐，从而有效减缓电解液中氢氧根离子浓度的减少和锌酸盐对电解液的负面影响，以延长电解液使用时长，两者协同配合作用于电解液中，不仅可提高放电过程中电池阳极效率，且能延长电解液使用时长。本申请还提供一种电解液和金属空气电池。

【技术实现步骤摘要】
碱性锌空气电池电解液用复合添加剂及电解液和金属空气电池
本专利技术涉及金属空气电池
，尤其是涉及一种碱性锌空气电池电解液用复合添加剂及电解液和金属空气电池。
技术介绍
随着能源与环境问题日益严重，人类迫切需要研发出新的能源来替代传统的燃料。金属空气电池由于其高比能量、低成本以及环保无污染等优势被广泛研究。其中，金属锌资源丰富以及价格低廉且反应过程平稳近年来不断有科研工作者对锌空气电池开展研究。碱性锌空气电池中活泼金属锌作为阳极，疏水透气的气体扩散电极作为阴极，碱性(氢氧化钾/氢氧化钠)溶液作为电解质。放电过程中锌阳极被消耗，空气中的氧气通过空气电极进入到达三相界面而发生氧还原反应。碱性锌空气电池的主要特点是电池元件简单、阳极锌板可以替换、操作灵活、安全性好、污染小，是一种很有市场前景的化学电源。但是在碱性锌空气电池放电过程中，处于电解液中的锌在进行电化学反应的同时还进行着自腐蚀反应，锌的自腐蚀不仅降低电池利用率，同时也降低电池比能量；此外，放电过程中电解液锌酸盐浓度逐渐增加使得电解液寿命降低，实用性不强。因此，要提高碱性锌空气电池的实用性，关键需要开发合适的添加剂来减缓锌阳极腐蚀及延长电解液寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种碱性锌空气电池电解液用复合添加剂，提高放电过程中电池阳极效率及延长电解液使用时长。本专利技术的目的之二是提供一种电解液，采用上述碱性锌空气电池电解液用复合添加剂。本专利技术的目的之三是提供一种金属空气电池，采用上述电解液。为实现上述目的，本专利技术提供了一种碱性锌空气电池电解液用复合添加剂，其特征在于，包括析氢抑制剂和碱性活化剂。与现有技术相比，本专利技术的碱性锌空气电池电解液用复合添加剂，包括析氢抑制剂和碱性活化剂，通过析氢抑制剂可以抑制放电过程中锌的析氢自腐蚀，从而提高放电过程中电池阳极效率，而采用碱性活化剂可络合电化学反应产生的锌离子，有效减少锌离子和氢氧根生成锌酸盐，从而有效减缓电解液中氢氧根离子浓度的减少和锌酸盐对电解液的负面影响，以延长电解液使用时长，两者协同配合作用于电解液中，不仅可提高放电过程中电池阳极效率，且能延长电解液使用时长。进一步的，所述析氢抑制剂选自葡萄糖、锰酸钾或锡酸钠中的任意一种。其中，锰酸钾的加入能使锌电极的腐蚀电位负移，减少自腐蚀电流，从而降低析氢速率。锡酸钠在电极反应过程中被还原成锡单质沉积在锌电极表面形成多孔型沉淀，达到降低自腐蚀速率的作用。葡萄糖的分子结构中存在羟基基团，基团中的氧原子呈电负性，放电过程中的锌电极表面带正电，葡萄糖分子通过结构中氧原子呈电负性的羟基基团与金属表面原子形成化学吸附，从而降低了金属表面活性点的活性，有效减缓金属的自腐蚀。由于葡萄糖分子中羟基氧原子呈电负性，很难在空气电极的阴极极化过程中吸附在电极表面，因此，碱液中葡萄糖分子的存在不会影响空气电极的极化过程。葡萄糖的抑制析氢主要是形成吸附，使用过程中葡萄糖浓度不会减少，只需要少量便可起作用。锌电极放电过程中形成的氧化锌或氢氧化锌会附着在锌板表面，不利于锌的放电反应，而葡萄糖的加入有利于吸附物从锌电极表面脱落，增大锌电极与电解液接触的面积，从而提高其放电电流密度。因此，优选为葡萄糖作为析氢抑制剂。进一步的，所述碱性活化剂选自柠檬酸盐。进一步的，所述柠檬酸盐选自柠檬酸钙、柠檬酸钠或柠檬酸钾中的任意一种。申请人发现，柠檬酸钙作为碱性活化剂时，其更可有效延长碱性电解液的使用寿命。原因可能是：柠檬酸钠或柠檬酸钾作为碱性活化剂，可络合电化学反应产生的锌离子，有效减少锌离子和氢氧根生成锌酸盐，从而有效减缓电解液中氢氧根离子浓度的减少和锌酸盐对电解液的负面影响；而采用柠檬酸钙柠檬酸钙作为碱性活化剂时，由于钙离子的引入，能够与进入到电解液中的二氧化碳发生反应，二氧化碳会优先与钙离子反应生成沉淀，缓解电解液的碳酸化，同时，钙离子和氢氧根离子形成微溶的氢氧化钙，当开始极化后，氢氧根离子浓度下降，氢氧化钙溶解释放出氢氧根离子，维持溶液pH，有效延长碱性电解液的使用寿命。因此，碱性锌空气电池电解液用复合添加剂优先采用柠檬酸钙和葡萄糖的复配物。进一步的，所述析氢抑制剂和所述碱性活化剂的用量比为1:3-250。进一步的，所述析氢抑制剂的用量为0.02～1.5g/L；所述碱性活化剂的用量为1～5g/L。对应地，本申请还提供一种碱性锌空气电池电解液，包括苛性碱溶液和上述碱性锌空气电池电解液用复合添加剂。进一步的，所述苛性碱溶液选自氢氧化钾水溶液或氢氧化钠水溶液。进一步的，本申请还提供一种金属空气电池，包括空气电极和金属电极及上述的碱性锌空气电池电解液。进一步的，所述金属电极选自锌板。附图说明图1展示实施例1、实施例2、实施例3及对比例1的碱性锌空气电池电解液的恒功率放电曲线图。图2展示实施例1、对比例1、对比例2及对比例3的碱性锌空气电池电解液的恒电流极化曲线。图3展示实施例1、对比例1、对比例2及对比例3的碱性锌空气电池电解液的恒功率放电曲线。图4展示实施例1、实施例6和对比例1的碱性锌空气电池电解液的恒功率放电曲线。具体实施方式下面结合附图通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案，但不构成对本专利技术的任何限制。实施例1制备124mL的碱性锌空气电池电解液，称为电解液1，该碱性锌空气电池电解液包括6mol/L的KOH、0.02g/L的葡萄糖和4g/L的柠檬酸钙。将电解液1用于锌空气电池进行恒功率放电测试，按100mW/cm2的功率密度进行4W恒功率放电测试直至电压降至0.8V。锌空气电池平均电压为1.039V，满功率放电时长为147min，锌板比能量为0.963Wh/g。实施例2制备124mL的碱性锌空气电池电解液，称为电解液2，该碱性锌空气电池电解液包括6mol/L的KOH、0.197g/L的锰酸钾和4g/L的柠檬酸钙。实施例3制备124mL的碱性锌空气电池电解液，称为电解液3，该碱性锌空气电池电解液包括6mol/L的KOH、1g/L的锡酸钠和4g/L的柠檬酸钙。实施例4制备124mL的碱性锌空气电池电解液，该碱性锌空气电池电解液包括6mol/L的KOH、0.05g/L的葡萄糖和2g/L的柠檬酸钙。实施例5制备124mL的碱性锌空气电池电解液，该碱性锌空气电池电解液包括6mol/L的KOH、1.2g/L的葡萄糖和5g/L的柠檬酸钙。实施例6该实施例与实施例1基本相同，不同点在于，本实施例中柠檬酸盐采用柠檬酸钾，而实施例1中柠檬酸盐采用柠檬酸钙，其余均相同，在此不再阐述。对比例1制备124mL的碱性锌空气电池电解液，称为电解液4，该碱性锌空气电池电解液不包括析氢抑制剂和碱性活化剂，作为空白对照组，只含6mol/L的KOH。对比例2该对比例与实施例1基本相同，不同在于：对比例2的碱性锌空气电池电解液不包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碱性锌空气电池电解液用复合添加剂，其特征在于，包括析氢抑制剂和碱性活化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种碱性锌空气电池电解液用复合添加剂，其特征在于，包括析氢抑制剂和碱性活化剂。


2.根据权利要求1所述的碱性锌空气电池电解液用复合添加剂，其特征在于，所述析氢抑制剂选自葡萄糖、锰酸钾或锡酸钠中的任意一种。


3.根据权利要求1所述的碱性锌空气电池电解液用复合添加剂，其特征在于，所述碱性活化剂选自柠檬酸盐。


4.根据权利要求3所述的碱性锌空气电池电解液用复合添加剂，其特征在于，所述柠檬酸盐选自柠檬酸钙、柠檬酸钠或柠檬酸钾中的任意一种。


5.根据权利要求1所述的碱性锌空气电池电解液用复合添加剂，其特征在于，所述析氢抑制剂和所述碱性活化剂的用量比为1:3-250。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冬芬，窦树楠，吴继昌，邓伟超，
申请(专利权)人：蔚蓝广东新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44