铝-空气电池用铝合金阳极与电解液添加剂的研究

摘要

铝是世界上最丰富、应用最广的有色金属，其电化学性能优异，是开发化学电源和牺牲阳极的理想电极材料。铝-空气电池是一种很有发展前景的高能电池，具有高能、无毒、价廉等优点。 本文简要介绍了铝一空气电池和铝牺牲阳极的发展历程及其存在的问题，并总结了提高铝-空气电化学性能的可能途径。熔融制作了Al-In、Al-In-Zn、Al-In-Bi、Al-In-Pb、Al-In-Zn-Bi、Al-In-Zn-Bi-Pb等系列合金，将它们作为研究电极，并通过测试其SEM和EDAX对其表面形态进行了分析。通过阳极极化曲线、循环伏安曲线、析氢曲线、电极电位等性能测试，对4t001·L<'-1>NaOH溶液中In、Zn、Bi、Pb等合金添加元素对铝阳极所产生的影响进行了研究探讨。结果表明，铟对铝阳极有活化作用，使铝的腐蚀电位发生负移，但同时也会加大析氢副反应的速度；锌的加入促进了铟的合金化，减少富铟偏析相的形成，而且能极大地降低铝阳极的析氢反应速率，使其钝化；铋的引入有助铝阳极活化，但同时又会导致析氢速率的提高：铅的存在使铝阳极钝化，有效地抑制了析氢反应，但加大了阳极极化。将这几种金属元素分别组成多元铝合金后，不同元素的互补作用使得铝电极综合性能得到更进一步的提高。实验证明：这几种金属元素对铝合金阳极性能的影响均是通过“溶解．再沉积”机理发挥作用的。 在中性电解液中选取了ZnCl<,2>和SnCl<,2>两种添加剂进行研究，在碱性溶液中选取了Ca3(C<,6>H<,5>O<,7>)<,2>·4H<,2>O+CaSnO<,3>、Na<,2>SnO<,3>、K<,2>MnO<,4>三种添加剂进行研究。通过多种电化学实验方法测试各种添加剂对Al-In电极在中性及碱性电解液内的阳极极化曲线、析氢曲线、阳极利用率、电极电位、自腐蚀电位，并对其效果进行了综合分析。结果表明，引入的这5种添加剂均能不同程度地提高Al-In阳极电化学性能，使腐蚀电位负移，抑制析氢反应的发生，提高阳极利用率。特别是K<,2>MnO<,4>的作用尤其明显，阳极利用率达到了81.0％，电极电位高达-1.78V。它们的作用机理主要遵循“溶解-再沉积”机理，而且添加剂的浓度对添加效果也有较大影响。

目录

文摘

英文文摘

第一章铝电极的研究应用与发展

第二章实验原理及方法

第三章结果与讨论

第四章结论

参考文献

后记