碱性铝空气电池用电解液及其制备方法、空气电池与应用与流程

本发明涉及金属空气电池，更具体地说，它涉及碱性铝空气电池用电解液及其制备方法、空气电池与应用。

背景技术：

1、铝空气电池以铝作为负极活性材料、以空气中的氧气作为正极反应物，在电解液作用下进行电化学反应输出电能。该体系具有资源丰富、理论放电电位高、成本较低、环境友好等优点，在备用电源、便携式储能以及特种电源等方向具有较高应用潜力。

2、目前铝空气电池按照电解液类型可分为中性体系和碱性体系。中性体系通常采用nacl溶液或海水作为电解液，但铝在中性环境中表面容易生成al(oh)3沉淀层，导致界面电阻增大、电导率偏低、放电电位较低，难以满足高电流密度和高放电电位的应用需求。

3、因此，在追求较高电流密度和较高放电电位的场景中，通常采用碱性电解液体系。现有碱性铝空气电池通常采用koh或naoh水溶液作为基础电解液。铝负极在碱性条件下能够保持较高放电活性，电池输出电位和电流密度相对较高。为改善放电性能与阳极利用率，现有技术中常通过调整碱浓度或添加单一助剂来改善电解液性能。

4、然而，现有碱性铝空气电池电解液技术存在以下不足：单纯使用koh或naoh作为碱性电解液时，铝在强碱中析氢腐蚀严重，造成大量铝在非有效放电过程中被消耗；而现有普通碱性电解液体系又难以同时兼顾高导电性、较高放电电流密度与较低析氢速率，往往出现提高放电活性后腐蚀加剧、抑制腐蚀后电流密度下降的矛盾。由此导致现有铝空气电池的容量密度通常不足800mah/gal，限制了其高比能应用；现有技术中部分添加剂体系存在作用单一、协同不足的问题，难以从促进铝板有效溶解、提高导电性和抑制析氢副反应三个层面同时优化，且缺乏组成明确、可工业化配制的系统性解决方案。因此亟需提供一种碱性铝空气电池用电解液及其制备方法来解决上述问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种碱性铝空气电池用电解液及其制备方法，通过koh、kmno4、6-巯基嘌呤单水和zno协同复配，兼顾导电性、放电活性与抑氢性能，显著提高阳极利用率和容量密度，突破800mah/gal局限，且制备简单，易于工程化放大。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种碱性铝空气电池用电解液，包括以下组分：氢氧化钾35～40wt%；氧化锌0.2～0.6wt%；6-巯基嘌呤单水4～8mmol/l；高锰酸钾0.1～0.5g/l；余量为水。

4、作为本发明的一个优选方案，所述氢氧化钾的用量为37wt%；所述高锰酸钾的浓度为0.2g/l。

5、作为本发明的一个优选方案，所述6-巯基嘌呤单水的浓度为6mmol/l。

6、作为本发明的一个优选方案，所述氧化锌的用量为0.3wt%。

7、一种碱性铝空气电池用电解液的制备方法，包括以下步骤：

8、s1.按照最终电解液中氢氧化钾的质量分数为35～40wt%确定氢氧化钾用量，将氢氧化钾加入按配方确定用量的水中，搅拌溶解，得到基础电解液；

9、s2.向步骤s1所得溶液中加入0.2～0.6wt%的氧化锌，并进行搅拌溶解；

10、s3.在氧化锌溶解后，向s2所得溶液中加入高锰酸钾，继续搅拌至充分混合，使高锰酸钾在最终电解液中的浓度为0.1～0.5g/l；

11、s4.待溶液冷却后，向s3所得溶液中加入6-巯基嘌呤单水，使其在最终电解液中的终浓度为4～8mmol/l，得到所述碱性铝空气电池用电解液。

12、作为本发明的一个优选方案，所述氢氧化钾的浓度为37wt%，s3中高锰酸钾在最终电解液中的浓度为0.2g/l。

13、作为本发明的一个优选方案，s4中6-巯基嘌呤单水在最终电解液中的终浓度为6mmol/l。

14、作为本发明的一个优选方案，s2中所述氧化锌的用量为0.3wt%。

15、一种铝空气电池，包括铝负极、空气正极以及上述的碱性铝空气电池用电解液。

16、上述碱性铝空气电池用电解液在提高铝空气电池放电电流、容量密度或阳极利用率中的应用。

17、本发明的有益效果是：

18、通过氢氧化钾、高锰酸钾、6-巯基嘌呤单水和氧化锌的复配，在一个体系内兼顾了导电性、放电活性和抑氢性能，不再局限于单一助剂改性思路。

19、6-巯基嘌呤单水的巯基（-sh）位于嘌呤环的6位，巯基上的硫原子含有孤对电子，具有较强的给电子能力和亲核性；嘌呤稠环体系中含有多个氮原子（n1、n3、n7等），同样具有孤对电子，可作为配位位点；嘌呤环本身具有大π键体系，可与金属表面发生电子相互作用。6-巯基嘌呤单水具备与多种金属离子及金属表面发生配位或吸附的化学基础。

20、巯基（-sh）在碱性条件下可去质子化形成硫负离子（-s-），硫原子上的孤对电子可向zn2+的空轨道提供电子，形成配位键。嘌呤环上的n1、n3、n7等氮原子同样含有孤对电子，可作为电子对供体与zn2+发生配位。6-巯基嘌呤可通过硫原子和多个氮原子同时与同zn2+配位，形成稳定的螯合环结构。

21、6-巯基嘌呤分子一方面通过硫原子和氮原子直接吸附于铝表面，另一方面通过相同的官能团与溶液中的zn2+/锌酸盐物种配位。这种双重作用使得6-巯基嘌呤分子充当分子桥，将锌离子锚定在铝表面附近，在氧化锌沉积层的基础上原位形成金属-有机配合物网络。吸附于铝表面的6-巯基嘌呤分子可作为锚点，继续与溶液中更多的zn2+和6-巯基嘌呤分子发生配位，形成多层、致密的保护膜。当局部膜层因铝溶解而破损时，溶液中的6-巯基嘌呤和锌物种可迅速在暴露的新鲜铝表面重新吸附和配位，实现膜层的自修复。

22、该电解液能够有效增加铝阳极的溶解速率，提高铝空气电池的放电电位和放电电流密度，改善输出性能。

23、相比普通碱性电解液，本发明有助于提高铝空气电池的容量密度，突破现有技术中容量密度通常不足800mah/gal的局限。

24、该技术方案组成明确、制备步骤简单、易于实施，适合实验室配制和进一步工程化放大。

1.碱性铝空气电池用电解液，其特征在于，包括以下组分：氢氧化钾35～40wt%；氧化锌0.2～0.6wt%；6-巯基嘌呤单水4～8mmol/l；高锰酸钾0.1～0.5g/l；余量为水。

2.根据权利要求1所述的碱性铝空气电池用电解液，其特征在于，所述氢氧化钾的用量为37wt%；所述高锰酸钾的浓度为0.2g/l。

3.根据权利要求1所述的碱性铝空气电池用电解液，其特征在于，所述6-巯基嘌呤单水的浓度为6mmol/l。

4.根据权利要求1所述的碱性铝空气电池用电解液，其特征在于，所述氧化锌的用量为0.3wt%。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的碱性铝空气电池用电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的碱性铝空气电池用电解液的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钾的浓度为37wt%；s3中高锰酸钾在最终电解液中的浓度为0.2g/l。

7.根据权利要求5所述的碱性铝空气电池用电解液的制备方法，其特征在于，s4中6-巯基嘌呤单水在最终电解液中的终浓度为6mmol/l。

8.根据权利要求5所述的碱性铝空气电池用电解液的制备方法，其特征在于，s2中所述氧化锌的用量为0.3wt%。

9.一种铝空气电池，其特征在于，包括铝负极、空气正极以及如权利要求1至4中任一项所述的碱性铝空气电池用电解液。

10.如权利要求1至4中任一项所述的碱性铝空气电池用电解液在提高铝空气电池放电电流、容量密度或阳极利用率中的应用。