一种高效调控镁阳极溶解行为的电解液及其制备方法技术

一种高效调控镁阳极溶解行为的电解液及其制备方法，电解液为氯化钠和5

An electrolyte with high efficiency to regulate the dissolution behavior of magnesium anode and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高效调控镁阳极溶解行为的电解液及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高效调控镁阳极溶解行为的电解液及其制备方法，属于镁空气电池电解液


技术介绍

[0002]能源问题永远是21世纪的热点问题，随着科技进展，人们对于能源需求量和使用量明显加大。煤炭，石油等化石能源目前消耗严重且不可再生，燃烧后会产生SO2、CO2等有害气体。SO2气体进入大气层中会出现酸雨现象，CO2气体造成―温室效应现象，致使海平面上升等极端恶劣气候变化情况出现，进而很大程度的影响了人们的生产生活；因此对于新型能源(电池)的探究尤为重要。
[0003]镁空气电池因其具有高的理论电压及电容量，有望随着研究进程的不断深入，替代化石能源。但同时镁空气电池也因自身的特点也存在着应用上的限制，如阳极在水溶液中耐蚀性较差，展示出较低的阳极利用率。阳极放电后放电产物易于沉积至阳极表面，空气阴极利用氧气反应来进行电荷传导存在阻碍，最终导致实际镁空气电池放电电压较低。因此，改善镁空气电池的放电性能具有极大的研究价值。
[0004]针对镁空气电池的性能的改善，主要是提升镁空气电池中阳极部分的性能。通常提升阳极性能的手段有两种，分别是通过挤压和合金化等手段改善阳极成分、调节电解液成分方式提升阳极性能。调控电解液成分，提高镁阳极耐蚀性或加快阳极表面放电产物的脱落，从而更大程度的维持放电过程中镁表面电荷的转移过程，保证长周期下放电电位的稳定以及高的阳极利用率和比容量。利用电解液改善阳极放电性能和阳极耐蚀性能的方法成本较低且加工工艺简便，相较于传统的改善阳极成分的方式，具有更大的实际生产应用的意义。
[0005]尽管通过改善或调控电解液成分具有诸多优势，但是目前对于镁空气电池电解液的专利技术非常少，并没有受到人们的广泛关注。申请号为201911073752.X的专利提出一种用增塑剂，第一聚合物单体，第二聚合物单体，引发剂，无机盐填料、复合缓蚀剂提升阳极性能的方法；该方法能够提高镁合金在溶液中的耐蚀性。但是缓蚀剂的过度添加减少了阳极与电解液之间的接触面积，不利于维持放电电位的低且稳定。并且该专利技术提供的电解质成分复杂，需要搅拌、马弗炉加热处理、研磨粉末及制备凝胶电解液等复杂工艺，为工业生产、大规模应用带来了不便。
[0006]申请号为202110301670.7的专利提出一种用硝酸钾和水杨酸类化合物的电解液改善电池性能的方法，提升了2.5mA cm
‑2下AZ31阳极的放电性能，该专利表明AZ31阳极在0.05mol/L硝酸钾和0.1mol/L水杨酸钠混合电解液中放电性能最好，放电电位最低，但仍然仅在
‑
1.0V左右，远低于理论值。该专利技术仅仅提供了电解液在2.5mA cm
‑2的电流密度下对阳极的作用，没有提供高电流密度下电解液对于阳极性能的影响。镁空气电池主要应用于海水环境，但是该专利技术并没有考虑到氯化钠溶液对于阳极的影响，存在较大缺陷。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对镁空气电池中阳极耐蚀性差，放电过程中阳极表面放电产物累积而造成电压迟滞等问题，提供一种高效调控镁阳极溶解行为的电解液及其制备方法，有效改善镁阳极的耐蚀行为并提升放电性能。
[0008]本专利技术的高效调控镁阳极溶解行为的电解液为氯化钠和5
‑
磺基水杨酸的混合水溶液，其中氯化钠的浓度为0.5～0.7M，5
‑
磺基水杨酸的浓度为0.01～0.1M，pH值＝7.0
±
0.2。
[0009]本专利技术的高效调控镁阳极溶解行为的电解液的制备方法按以下步骤进行：
[0010](1)将氯化钠和5
‑
磺基水杨酸混合，制成混合物料；
[0011](2)将去离子水加入到混合物料中，然后对全部物料进行搅拌，直至形成透明溶液；
[0012](3)用氢氧化钠或盐酸调节透明溶液的pH值，至pH值＝7.0
±
0.2，制成高效调控镁阳极溶解行为的电解液。
[0013]上述的步骤(2)中，加入去离子水时，是将混合物料置于容器中，将去离子水沿容器内壁倒入。
[0014]上述的步骤(2)中，搅拌速度为100～150rpm。
[0015]上述的步骤(3)中，调节pH值时用pH
‑
电导率仪进行监测。
[0016]本专利技术的高效调控镁阳极溶解行为的电解液的使用方法为：
[0017]将镁阳极置于高效调控镁阳极溶解行为的电解液中，构成一个镁空气电池；通过电源向镁阳极通电。
[0018]上述的使用方法中，镁阳极的材质为纯度≥99.5％的纯镁。
[0019]上述的使用方法中，通电的电流密度为2.5～10mA
·
cm
‑2。
[0020]上述的使用方法中，阴极为空气阴极。
[0021]本专利技术提供的高效调节镁阳极的电解液首次引入氯化钠和强络合剂5
‑
磺基水杨酸，可通过调控二者比例从而改善纯镁的耐蚀性和放电性能；具有电解质易于取得、加工工艺简单、成本低、绿色环保及适用于海洋环境等特点。
[0022]镁阳极在本专利技术提供的电解液中展示出优良的耐蚀性；未加电流状态下，缓蚀效率达到66.7％；平均放电电位达到
‑
1.83V；电位下降明显，相较于氯化钠溶液降低了约200mV。
[0023]本专利技术提供的电解液显著提升了镁阳极的利用效率；镁阳极在本专利技术提供的电解液中放电比容量得到很大提升。
[0024]本专利技术成功制备一种高效调控镁阳极溶解行为的电解液，与原有专利技术相比，具有如下优势：可调控溶质比例来改善镁合金电化学行为、电解质成分易于取得、加工制备电解液工艺简单、可作用于海水环境、适应于三种不同放电电流密度及环保等特点；可很好地提高镁空气电池性能。
附图说明
[0025]图1为镁阳极在对比例和本专利技术实施例中浸泡两天后的析氢量曲线图；
[0026]图2为镁阳极在对比例和本专利技术实施例中在2.5mA
·
cm
‑2时平均放电电位曲线图；
[0027]图3为镁阳极在对比例和本专利技术实施例中在5mA
·
cm
‑2时平均放电电位曲线图；
[0028]图4为镁阳极在对比例和本专利技术实施例中在10mA
·
cm
‑2时平均放电电位曲线图；
[0029]图5为镁阳极在对比例和本专利技术实施例中在不同电流密度下利用效率曲线图；
[0030]图6为镁阳极在对比例和本专利技术实施例中在不同电流密度下放电比容量曲线图。
具体实施方式
[0031]下面对本专利技术提供的实施例进行进一步说明，特此提出以下的实施例仅说明本专利技术的实施方法。熟练操作人员可对该实施方法进行适度改善，该实施方法并不局限于本专利技术提供的实施例。
[0032]对比例
[0033]将去离子水加入氯化钠中，然后对全部物料进行搅拌，搅拌速度为120rpm，直本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效调控镁阳极溶解行为的电解液，其特征在于为氯化钠和5
‑
磺基水杨酸的混合水溶液，其中氯化钠的浓度为0.5～0.7M，5
‑
磺基水杨酸的浓度为0.01～0.1M，pH值＝7.0
±
0.2。2.一种权利要求1所述的高效调控镁阳极溶解行为的电解液的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：(1)将氯化钠和5
‑
磺基水杨酸混合，制成混合物料；(2)将去离子水加入到混合物料中，然后对全部物料进行搅拌，直至形成透明溶液；(3)用氢氧化钠或盐酸调节透明溶液的pH值，至pH值＝7.0
±
0.2，制成高效调控镁阳极溶解行为的电解液。3.根据权利要求2所述的高效调控镁阳极溶解行为的电解液的制备方法，其特征在于步骤(2)中，加入去离子水时，是将混合物料置于容器中，将去离子水沿容器内壁倒入。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：周钰昕，卢小鹏，王福会，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：