铝空气电池电解液添加剂的研究.pdf

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文

摘要

铝空气电池是一种具有巨大潜力的金属空气电池，它的能量密度远高于锂离

子电池，还具有其它二次电池无法比拟的优点，当电池中铝消耗完，可以通过更换

铝板实现“机械式充电”，从而减少了“充电”时间，并且铝价格低廉，来源广泛，

铝空气电池因此引起了人们的关注。然而铝空气电池主要存在两个问题：铝阳极的

析氢自腐蚀严重以及放电产物Al(OH)3胶体在电池组内部堆积问题。

本论文中通过研究铝空气电池电解液传统添加剂NaSnO发现，在放电过程

23

中SnO32-会被还原成为单质Sn吸附在铝电极表面进而阻碍成流反应的发生，因而

选取了两种有机添加剂葡萄糖和阿拉伯糖。通过研究它们对铝电极、空气电极、电

池性能以及放电产物的影响，发现两种添加剂在不影响铝空气电池电化学性能的

同时，可以大幅度降低铝电极的自腐蚀，缓蚀效率达到90%以上，是比较理想的铝

空气电池电解液添加剂。

同时，本文也研究了由NaSnO和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）组成的复

23

合添加剂的影响，通过对空气电极、铝电极以及放电产物的分析，发现二者在合适

的浓度下组成的复合添加剂可以有效降低自腐蚀并提升电池的电化学性能，同时

也不会在成流反应的过程中生成杂质。

而对于铝空气电极放电产物堆积问题，文中研究了一种有机絮凝剂聚丙烯酸

钠（PAAS），极少的加入量就可以使电解液的黏度有了较大的提升，研究发现，

PAAS可以使Al(OH)3胶体凝结成为沉淀，从而在电池反应的电解液循环过程中流

出电池组，为此，设计了配套使用的电解液箱，通过特殊的高低交错的挡板设计，

在一定程度上约束了电解液的流通路径，使得Al(OH)3沉淀及时在箱体内部沉积，

再由统一的排污阀排出。实验过程中发现该结构设计的电解液箱收集沉淀的效率

达到60%，是普通箱体的三倍，具有良好的沉积并分离铝空气电池电解液中的放

电产物的作用。

关键词：铝空气电池；电解液；添加剂；电解液箱

-I-

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文

Abstract

Aluminumairbatteryisakindofmetalairbatterywithgreatpotential.Itsenergy

densityismuchhigherthanthatoflithiumionbattery,anditalsohastheadvantagethat

othersecondarybatteriescantbecompared.Whenaluminumisconsumedinthebattery,

itcanbereplacedbyaluminumplatetoachievemechanicalCharging,thusreducing

thechargingtime,andthelowpriceofaluminum,awiderangeofsources,aluminum

airbatteryhasthereforeattractedpeoplesattention.However,therearetwomain

problemsinaluminumairbattery:thehydrogenevolutionfromthealuminumanode

corrosionandtheaccumulationofAl(OH)colloidinthebatterypack.