铝空气电池电解液组分演化机理及新型絮凝剂研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:longyonghong520
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铝空气电池是以空气中的氧气作为正极活性物质、铝合金作为电池负极、盐或碱溶液作为电解质的高比能电池体系。铝空气电池的能量密度远高于锂离子电池,其原材料来源丰富,安全环保,是目前最有发展前景的金属空气电池之一。但是铝空气电池作为化学电源仍然存在很多问题,若要实现市场化、工业化,还需要了解电池性能下降的主要因素,并解决电池放电后期的产物分离问题。本文主要研究铝空气电池在放电过程中电解液组成演变,探索导致电导率下降的主要物质,为实现铝空气电池产物在线分离,改善电池性能提供方法依据。并对铝空气电池电解液絮凝剂进行研究,以降低放电产物Al(OH)3胶体在电池组内部地沉积,增强电解液的寿命。本文采用酸碱滴定、红外(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、核磁(NMR)等表征方法,研究了电解液在铝空气电池放电时的碱液浓度、离子形态、沉淀产物粒径这几个方面的变化。结果表明:电解液在放电过程中,电解液的NaOH浓度逐渐降低;电解液中的放电产物铝酸根离子浓度增加且种类变多,其中Al(OH)4-的含量始终为放电产物的主要成分,在这基础上随着电池放电过程的发生,电解液中会产生少量其他聚态的铝酸根离子;电解液中溶质粒径增大,随着电池的放电,电解液中溶质的形貌从球状变为板状;电解液在待机下易发生碳酸化。使用AlCl3溶液作为絮凝剂来聚沉铝空气电池在放电过程中产生的大量Al(OH)3胶体。通过电化学实验、三电极体系测试了该絮凝剂对电池性能及阴阳极的影响,并对絮凝剂加入方式,电池放电结束的沉淀形貌进行了研究。结果表明,使用2 mol/L AlCl3溶液作为絮凝剂,通过向电池工作期间的电解液直接滴加的方式,可以加快铝空气电池电解液中的Al(OH)3胶体的沉降速度。沉淀通过循环过程流出电池组,使电解液黏度降低,改善电解液的性能。电化学性能测试表明:絮凝剂AlCl3溶液主要是通过A13+与放电中间产物Al(OH)4-的双水解作用,生成少量细颗粒的沉淀可作为晶种,加快电解液中悬浮的Al(OH)3胶体沉积。电池放电结果表明:在电池工作5 h后加入絮凝剂发现电池放电性能明显回升。三电极体系和晶型分析表明:絮凝剂AlCl3溶液的加入,不会影响铝空气电池的阴阳极,放电最终产物的晶型结构没有发生改变。
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