本發(fā)明屬于金屬空氣電池領(lǐng)域，具體涉及一種顯著提高鋁空氣電池放電電位的多功能電解液制備方法和應(yīng)用，其可作為高能量密度中性鋁空氣電池的電解液。

背景技術(shù)：

1、鋁空氣電池主要由鋁負(fù)極、空氣正極和電解液三個(gè)基本部分組成，具有高理論能量密度、原料儲(chǔ)量豐富且成本低、環(huán)境友好等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此在眾多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，如電動(dòng)汽車、便攜式電源以及分布式發(fā)電等。然而，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，中性鋁空氣電池面臨著一系列亟待解決的問(wèn)題。氯化鈉由于其豐富性和安全性，被廣泛應(yīng)用于中性鋁-空氣電池電解液，然而，基于氯化鈉中性電解液體系下，鋁負(fù)極表面會(huì)生成一層致密的氫氧化鋁鈍化層，該鈍化層嚴(yán)重阻礙了鋁的進(jìn)一步溶解以及電子傳輸過(guò)程，使得電池產(chǎn)生嚴(yán)重的極化現(xiàn)象，工作電壓大幅下降，放電效率也隨之顯著下降。另外，在鋁空氣電池持續(xù)放電過(guò)程中，由于氫氧化鋁等低溶解度的放電產(chǎn)物的出現(xiàn)，電極表面以及電解液中會(huì)逐漸產(chǎn)生大量沉淀，同時(shí)，放電固相產(chǎn)物也會(huì)不斷積聚，這些情況會(huì)引發(fā)一系列問(wèn)題，比如鋁空氣電池的放電電壓出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，鋁負(fù)極的利用率嚴(yán)重不足等。

2、提高中性鋁空氣電池的能量密度，關(guān)鍵在于有效地調(diào)節(jié)鋁負(fù)極電解液界面反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)鋁的均勻剝離。目前，部分研究指出，把純鋁與特定元素進(jìn)行合金化處理，能夠有效地破壞原本的鈍化層，提升鋁負(fù)極的電化學(xué)活性。然而，這種合金化方法存在明顯弊端，其工藝復(fù)雜，生產(chǎn)過(guò)程中能耗較高，這對(duì)于鋁空氣電池的商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用極為不利。相比之下，通過(guò)電解液調(diào)控來(lái)抑制鋁金屬負(fù)極界面的副反應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的鋁金屬剝離，這一方法具有重要的應(yīng)用價(jià)值和研究意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有的技術(shù)問(wèn)題，目的在于提供一種基于鐵離子添加劑的高放電電位中性鋁空氣電池電解液制備方法和應(yīng)用。該制備工藝簡(jiǎn)單，符合綠色化學(xué)要求，得到的電解液展現(xiàn)出優(yōu)異的放電電位，是一種具有應(yīng)用前景的水系鋁空氣電池電解液。

2、所述的一種基于鐵離子添加劑的高放電電位中性鋁空氣電池電解液，該電解液為鐵離子鹽和氯化鈉的混合溶液，鐵離子鹽中鐵離子為fe3+。

3、進(jìn)一步的，所述混合溶液中鐵離子fe3+的濃度為0.005～0.5mol/l，氯化鈉溶液的濃度為1～10mol/l。

4、進(jìn)一步的，所述鐵離子鹽為醋酸鹽、氯化鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、三氟甲基磺酸鹽中的一種或多種。

5、進(jìn)一步的，所述鋁空氣電池的負(fù)極為純鋁片、鋁棒或者鋁合金；正極為生物質(zhì)活性碳或多孔碳。

6、進(jìn)一步的，所述鋁空氣電池的類型包括：液流型鋁空氣電池、扣式電池、世偉洛克型。

7、不同于目前已經(jīng)廣泛使用的氯化鈉電解液，本發(fā)明通過(guò)對(duì)中性鋁-空氣電池電解液無(wú)機(jī)添加劑的調(diào)控，基于鐵離子的水解作用和氧化作用，使該復(fù)合電解液具有高離子電導(dǎo)率，可以充分活化在開(kāi)放體系下的鋁負(fù)極，緩解鈍化層造成電池內(nèi)部極化增大的問(wèn)題并加快電化學(xué)反應(yīng)速率。所制備的電解液在不同類型的鋁空氣電池器件中都可直接使用，并展現(xiàn)出顯著的性能提升。在1macm-2的電流密度下，基于該電解液鋁-空氣電池能量密度可達(dá)到2190.3wh/kg，而基于傳統(tǒng)電解液氯化鈉的鋁空氣電池在相同條件下其能量密度僅為1055.59wh/kg。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，制備速度快且符合綠色化學(xué)要求，且有效提升鋁金屬負(fù)極放電深度和鋁空氣電池能量密度。因此，本發(fā)明具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用潛力。

技術(shù)特征：

1.一種基于鐵離子添加劑的高放電電位中性鋁空氣電池電解液，該電解液為鐵離子鹽和氯化鈉的混合溶液，鐵離子鹽中鐵離子為fe3+。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于鐵離子添加劑的高放電電位中性鋁空氣電池電解液，其特征在于，所述混合溶液中鐵離子fe3+的濃度為0.005～0.5mol/l，氯化鈉溶液的濃度為1～10mol/l。

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于鐵離子添加劑的高放電電位中性鋁空氣電池電解液，其特征在于，所述鐵離子鹽為醋酸鹽、氯化鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、三氟甲基磺酸鹽中的一種或多種。

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于鐵離子添加劑的高放電電位中性鋁空氣電池電解液，其特征在于，所述鋁空氣電池的負(fù)極為純鋁片、鋁棒或者鋁合金；正極為生物質(zhì)活性碳或多孔碳。

5.如權(quán)利要求1所述的一種基于鐵離子添加劑的高放電電位中性鋁空氣電池電解液，其特征在于，所述鋁空氣電池的類型包括：液流型鋁空氣電池、扣式電池、世偉洛克型。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于鐵離子添加劑的高放電電位中性鋁空氣電池電解液，屬于金屬空氣電池領(lǐng)域。該電解液由添加劑和氯化鈉溶液混合制備得到，可直接用于水系鋁空氣電池。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、制備方便，符合綠色化學(xué)要求。在室溫條件下，通過(guò)利用一定濃度的鐵離子(Fe<supgt;3+</supgt;)鹽溶解在氯化鈉溶液即可完成本發(fā)明的電解液配制。將所得到的電解液應(yīng)用于鋁空氣電池中，相比傳統(tǒng)中性鋁空氣電池電解液(氯化鈉)，放電電位具有明顯提升。在1mA?cm<supgt;?2</supgt;的電流密度下，使用本發(fā)明的鋁空氣電池放電電壓為1.25V，能量密度可達(dá)到2190.3Wh?kg<supgt;?1</supgt;。而使用傳統(tǒng)中性鋁空電解液(氯化鈉)的鋁空氣電池放電電壓僅為0.75V，其能量密度僅有1055.59Wh?kg<supgt;?1</supgt;。得益于鋁負(fù)極放電電位的大幅提升，基于本發(fā)明電解液的鋁空氣電池展現(xiàn)出優(yōu)異能量密度，故本發(fā)明所提出的多功能混合電解液具有顯著的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：孫威,陳浩天,李明
受保護(hù)的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15