碱性铝—空气电池缓蚀剂的研究

摘要

本文详细论述了碱性铝空气电池电解液添加剂的研究进展，并根据有机缓蚀剂的结构特点，以具有聚乙二醇相似结构的羧甲基纤维素(CMC)为原料，分别与中间体环氧丙基十二烷基二甲基氯化铵和十八烷基缩水甘油醚反应，得到了季铵阳离子羧甲基纤维素醚(DTGACMC)和长链烷基羧甲基纤维素醚(OGECMC)两种有机缓蚀剂。通过实验，对中间体以及DTGACMC和OGEC MC的合成条件进行了优化，得到了最佳的合成条件。并通过红外光谱，元素分析等对产物进行了表征，确认得到了目标产物。
　　 实验将合成的缓蚀剂添加到碱性电解液中，通过析氢速率测试、Tafel曲线、交流阻抗以及放电性能测试等，研究了其对铝合金电极自腐蚀和电化学性能的影响。同时，在对无机缓蚀剂进行研究的基础上，将合成得到的有机缓蚀剂和无机缓蚀剂组成复合缓蚀剂，并通过测试对其性能进行评价。
　　 实验表明:单一添加缓蚀剂可以有效地抑制铝合金电极的析氢腐蚀，同时在一定程度上能改善电极的电化学性能。Na2SnO3的最佳添加浓度为0.0250mol·L-1，In(OH)3最佳添加浓度为0.0015 mol·L-1。合成的两种有机缓蚀剂均为阴极型缓蚀剂，季铵阳离子羧甲基纤维素醚(DTGACMC)的最佳添加量为50mg·L-1，长链烷基羧甲基纤维素醚(OGECMC)的最佳添加浓度为40mg·L-1。
　　 同时实验还将无机缓蚀剂和有机缓蚀剂进行了复合，研究结果表明:复合缓蚀剂的效果要比单一缓蚀剂的要好，综合考虑缓蚀剂的缓蚀效果和对铝合金电极的放电性能的影响，当In(OH)3浓度为0.0015mol·L-1时，与其复合的Na2Sn03的最佳浓度为0.020mol·L-1。当Na2SnO3的浓度为0.025mol·L1时，与其复合的DTGACMC和OGECMC的最佳浓度分别为40mg·L-1和30 mg·L-1。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 碱性铝空气电池的基本原理及特点

1．2 铝电极在碱性电解液中的电化学反应

1．3 缓蚀剂及缓蚀剂的作用机理

1．3．1 缓蚀剂

1．3．2 缓蚀剂的作用机理

1．4 碱性电解液中铝合金缓蚀剂的研究进展

1．4．1 无机缓蚀剂

1．4．2 有机缓蚀剂

1．5 有机缓蚀剂的结构特征

1．6 铝的缓蚀剂性能评价方法

1．6．1 腐蚀产物分析法

1．6．2 电化学分析方法

1．6．3 原子力显微镜(AFM)分析法

1．6．4 表面增强拉曼散射(SERS)

1．7 本课题研究内容

第二章 实验部分

2．1 有机缓蚀剂的合成

2．1．1 合成路线设计

2．1．2 主要试剂与仪器

2．1．3 有机缓蚀剂的合成

2．2 缓蚀剂的性能测试

2．2．1 铝合金的熔炼与电极的制作

2．2．2 铝合金阳极析氢速率的测定

2．2．3 电化学测试

2．2．4 放电性能测试

第三章 结果与讨论

3．1 有机缓蚀剂的合成与结构表征

3．1．1 N，N-二甲基十二胺的合成与表征

3．1．2 环氧丙基十二烷基二甲基氯化铵合成与表征

3．1．3 季铵阳离子羧甲基纤维素醚(DTGACMC)的合成与表征

3．1．4 十八烷基缩水甘油醚合成与表征

1．5 长链烷基羧甲基纤维素醚(OGECMC)的合成与表征

3．2 无机缓蚀剂对铝合金性能的影响

3．2．1 添加剂Na2SnO3的影响

3．3．2 添加剂In(OH)3的影响

3．3 有机缓蚀剂对铝合金性能的影响

3．3．1 季铵阳离子羧甲基纤维素醚(DTGACMC)的影响

3．3．2 长链烷基羧甲基纤维素醚(OGECMC)的影响

3．4 复合缓蚀剂对铝合金性能的影响

3．4．1 复合添加剂Na2SnO3+In(OH)3的影响

3．4．2 复合添加剂Na2SnO3+季铵阳离子羧甲基纤维素醚(DTGACMC)的影响

3．4．3 复合添加剂Na2SnO3+长链烷基羧甲基纤维素醚(OGECMC)的影响

第四章 结论

4．1 有机缓蚀剂合成

4．2 缓蚀剂性能测试

参考文献

致谢

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