一种电解液缓蚀剂、铝空气电池用电解液及铝空气电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于侣空气电池技术领域，具体设及一种电解液缓释剂，同时还设及一种 侣空气电池用电解液及使用该电解液的侣空气电池。
【背景技术】
[0002] 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锋空气电池、侣空气电池和裡空气电池等， 与产业化最接近的只有锋空气电池。在电位序中，侣比锋更活泼，可W获得较高的电池电 压；一个侣原子可W释放出=个电子，而一个锋原子释放出两个电子，侣可提高电池的能 量；此外，侣储量丰富、价格低廉，故侣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。
[0003] 侣空气电池，是W侣与空气作为电池材料的一种新型电池。侣作为空气电池的阳 极材料有其独特的优点：电化学当量高，侣的电化学当量为2980A?h/kg，为除裡外最高的 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；侣的资源丰富，价格低廉。目前，空气电池用侣阳 极材料与锋阳极材料相比，存在的首要问题是：侣在碱性溶液中自腐蚀很严重，造成阳极利 用率大大降低，阻碍了侣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侣阳 极材料，W及添加相应的电解液缓蚀剂，可减小侣的自腐蚀速率。侣空气电池阳极材料常用 的合金化元素主要有锋、儀、稼、铜、锡、铅、隶、祕等。运些元素添加到侣中形成=元、四元等 多兀合金。
[0004] 侣空气电池由侣阳极、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， 如氨氧化钟溶液或氨氧化钢溶液；早期的研究多采用氨氧化钟溶液，从放电产物的再回收 利用方面考虑，目前多使用氨氧化钢溶液。因侣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侣阳极的自腐蚀。现有技术中，普遍使用的多是无机缓 蚀剂，如化Sn化、In(OH)3、Ga(OH)3、K2Mn〇4等。大多数的无机缓蚀剂虽然能够一定程度上减 小侣阳极所用侣合金材料的自腐蚀速率，但往往是W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，降低侣阳极的 自腐蚀速率并提高侣空气电池的电化学性能，具有重大意义。
【发明内容】
[0005] 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侣阳极的自 腐蚀速率并提高其电化学性能，绿色环保。
[0006] 本发明的第二个目的是提供一种侣空气电池用电解液。
[0007] 本发明的第S个目的是提供一种使用上述电解液的侣空气电池。
[000引为了实现W上目的，本发明所采用的技术方案是： 阳009] -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%。
[0010] 一种侣空气电池用电解液，包含W下浓度的组分：氨氧化钢2~6mol/l、电解液缓 蚀剂20~I(K)PPm,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%。
[0011] 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氨氧化钢溶液中， 加入剩余的水，揽拌均匀，即得。电解液所用的水均为蒸馈水。
[0012] 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：芳精醇、乙酸芳精醋、按树脑、P-罗勒締、祗-4-醇和精脑。运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巧者，基团分子中存在孤对电子， 可W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侣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。
[0013] 一种侣空气电池，包括侣阳极、空气阴极和电解液，所述电解液为上述的侣空气电 池用电解液。
[0014] 本发明的侣空气电池，电解液中添加含有薰衣草精油的电解液缓蚀剂，具有W下 优点：绿色植物提取液薰衣草精油降低了侣阳极的自腐蚀速率并提高了侣阳极活性；薰衣 草精油中的芳精醇径氧分子基团通过与金属阳离子形成络合物层吸附在阳极表面，阻碍水 分子在阳极表面的吸附，进而降低析氨自腐蚀速率；由于乙酸芳精醋、精脑、按树脑基团分 子具有氧键及双键，形成络合物离子，促进反应产物脱附，使侣阳极持续活化，在侣阳极放 电时减小侣阳极极化，改善放电性能，因此添加薰衣草精油缓蚀剂之后，阳极合金的自腐蚀 速率较未加薰衣草精油时大大降低，并且该侣阳极的开路电位显著负移；薰衣草精油缓蚀 剂组分构成简单，成本低，安全且符合环保要求，使侣阳极合金拥有良好的耐蚀性和较高的 电化学活性，W满足碱性侣空气电池大电流密度放电的要求。
[0015] 所述侣空气电池中，所述侣阳极为侣合金阳极材料，由W下重量百分比的组分组 成：Zn0.05%~6%、Ga0.05%~4%、In0.01%~2%，余量为A1。
[0016] 所述侣合金阳极材料是由包括W下步骤的方法制备的：
[0017] 1)在惰性气体保护下，将侣加热烙化后，加入锋、嫁和铜并加热烙融，继续加热至 730~780°C并保溫后，诱注成铸锭；
[0018] 2)将步骤1)所得铸锭在150~200°C条件下社制成片状材料，即得。
[0019] 步骤1)中，所述保溫的时间为4~lOmin。
[0020] 步骤。中，所述片状材料的厚度为0. 5~4mm。
[0021] 所述侣合金阳极材料，从合金化方面考虑在不降低侣阳极材料电化学性能的基础 上降低其自腐蚀性：W纯度为>99. 85%的侣为基础，在侣合金中加入适量锋、嫁和铜。在 侣合金中加入锋，锋电位（-1. 29VVS. S肥）比侣（-2. 35VVS. S肥）正，通过溶解再沉积在侣表 面，可明显降低侣合金的自腐蚀速率；再者，锋有利于其他合金元素的均匀分布，促使合金 均匀溶解提高阳极合金的使用寿命。嫁元素在侣中的固溶度很大，溶解产生的嫁离子由于 活性低可W重新被还原沉积到侣合金表面，与侣基体生成侣嫁隶齐，侣嫁隶齐可剥离氧化 膜及腐蚀产物，裸露基体侣，促进侣合金的活化放电；其次，合金元素嫁对侣阳极的影响，主 要表现在改变侣晶粒在溶解过程中存在的各向异性，从而使侣阳极腐蚀均匀；再者，嫁与其 它合金元素化、In等，在电极工作溫度（约60°C)下，形成低共烙混合物，破坏侣表面纯化 膜；另外，在含有In3+的溶液中，由于In3+的再沉积（沉积在侣氧化膜的缺陷部位），引起 Ga3+的沉积，对侣阳极产生活化作用。合金元素In对侣阳极的影响，主要表现在In具有很 强的活化能力，破坏侣表面的纯化膜；合金元素In的作用，是合金固溶体中In元素溶解后 再沉积产生的，In3+对侣表面纯化膜具有破坏作用；其次，In还能有效地抑制合金的析氨腐 蚀，运与其具有较高的析氨过电位有关。同时，锋、嫁与铜都是高析氨过电位元素，可大大降 低侣合金的析氨自腐蚀。运些合金化元素的加入量在一定的范围之内，若加入量少，起不到 应有的作用，若加入量大，形成大量形状较大的第二相，增大侣合金自腐蚀速率、使腐蚀均 匀性变差。通过添加适量锋、嫁和铜对侣进行合金化可明显降低合金的自腐蚀速率，还可W 改善合金表面的腐蚀均匀性。
[0022] 所述侣合金阳极材料，在侣阳极材料中加入了锋、嫁与铜元素，与现有的侣阳极材 料相比，具有W下优点：电化学活性好，自腐蚀速率小，在本发明的侣空气电池用电解液中 开路电位《-1. 76V(vs.S肥），单体电池的电动势大于1. 84V;该侣合金阳极材料通过合金 化，明显提高了阳极的电化学性能并降低了自腐蚀速率，自腐蚀速率小于4. 62mg/cm2 表 面腐蚀均匀；该侣合金阳极材料性能优越，是一种新型的、适合在本发明的电解液中使用的 侣合金阳极材料。
[0023] 所述侣合金阳极材料是将侣加热烙化后，加入锋、嫁和铜并加热烙融并诱注成铸 锭，再将铸锭社制成片状材料，所得侣合金阳极材料具有优异的电化学性能和抗碱液腐蚀 性能，适用于碱性电解液的侣空气电池；该制备方法工艺简单，操作方便，适合大规模工业 化生产。
[0024] 所述的侣空气电池中，所述空气阴极由催化层、导电儀网和防水透气层压制形成， 厚度为0. 2~0. 6mm。
[00巧]所述催化层是由丫 -Mn〇2、活性炭与聚四氣乙締按质量比为（0. 3~3) : (1~ 5) : (1~5)的比例混合后压制成的膜层，厚度为0. 3~0. 8mm。
[0026] 所述防水透气层是由聚四氣乙締和乙烘黑按重量比为1:1的比例混合后压制成 的膜层，厚度为0. 3~0. 8mm。
[0027] 本发明的侣空气电池，采用上述的含有薰衣草精油的电解液及侣合金阳极材料， 既能控