铝在碱性甲醇-水溶液中的腐蚀与电化学行为研究

摘要

作为阳极材料,铝有以下优点：电位较负、理论容量高、来源广泛、价格便宜。但是,在中性溶液中,铝表面有层致密的氧化膜,这大大降低了它的反应活性。在酸性或者碱性环境中,铝的反应活性较高,但与此同时它的自腐蚀反应也更剧烈,析出大量的氢气。铝电池的商业化应用必须解决以上两个问题。一般采用两种方法来解决这两个问题,,一是向铝中添加合金元素,二是向电解液中添加缓蚀剂。 本文首先叙述了铝在电池中的应用,介绍了各种铝电池的发展情况。然后,作者介绍了以KOH甲醇溶液为基础的甲醇-水碱性溶液这一新体系。在这个新体系中,由于是碱性环境,铝的活性仍然很高,但是甲醇对水的替代抑制了析氢反应。尽管如此,在高含水量的碱性甲醇-水溶液中,铝的腐蚀速率相对而言还是比较高,同时,铝在较高电流密度下放电时下仍会钝化。在本文中,作者将讨论各种缓蚀剂对这一体系中铝的腐蚀和电化学行为的影响。 在第三章中,作者研究了在不同含水量的4 mol·L-1 KOH甲醇-水碱性溶液中添加锡酸钠后对纯铝电极的腐蚀和电化学行为的影响。实验结果表明,在这一体系中,锡酸钠的加入大大抑制了铝的析氢反应,这可能是因为铝的表面沉积了一层析氢电位相对较高的金属锡。随着溶液中锡酸钠含量的增大,缓蚀效果有所下降,这是因为锡酸钠含量较高时,锡的沉积层出现了裂纹。当向含水量20％的4 mol·L-1 KOH甲醇-水溶液中添加0.0015 mol·L-1 Na2SnO3时,其缓蚀效果较好。恒电流放电实验结果显示,锡酸钠的加入大大提高了铝在此体系中的放电性能,而且锡酸钠含量越大,放电效果越好。在添加0.02 mol·L-1 Na2SnO3的含水30％的溶液中,纯铝的放电性能有了进一步的改善,在30 mA·cm-2放电电流下,放电时间长达50小时以上。 在第四章中,作者研究了在同含水量40％的4 mol·L-1 KOH甲醇-水碱性溶液中添加ZnO和HT(羟基色胺,hydroxytryptamine)后对纯铝电极的电化学行为的影响。作者发现甲醇-水溶液中加入氧化锌可以极大地抑制纯铝的腐蚀,HT在适当的浓度下可以增强氧化锌的缓蚀作用。阻抗谱分析和扫描电镜观察都表明溶液中的Zno是通过在纯铝电极表面沉积了金属锌而起到缓蚀作用,HT的添加改善了锌在铝电极表面的沉积形貌,使之更平整,从而起到增强氧化锌缓蚀作用的效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1铝在化学电源中应用的历史

1.2铝电池的分类和概况

1.2.1水溶液铝电池

1.2.2非水溶液铝电池

1.3碱性溶液中铝及铝合金阳极腐蚀电化学研究进展

1.3.1碱性介质中纯铝的电化学反应机理研究进展

1.3.2碱性溶液中铝合金阳极的发展概况

1.3.3碱性溶液中铝的缓蚀剂发展概况

参考文献

第二章 研究工作与实验方法

2.1研究工作思路

2.2采用的实验方案

2.3化学试剂与测试仪器

2.3.1化学试剂

2.3.2测试仪器

2.4实验方法

2.4.1纯铝电极制作与电化学测试

2.4.2恒电位集气实验

参考文献

第三章 铝在含锡酸钠的碱性甲醇-水溶液中的电化学行为

3.1引言

3.2实验结果和讨论

3.2.1集气实验

3.2.2极化曲线

3.2.3电化学阻抗谱

3.2.4放电曲线

3.3本章小节

参考文献

第四章 纯铝在含ZnO的碱性甲醇-水溶液中的电化学行为

4.1引言

4.2实验结果与讨论

4.2.1集气实验

4.2.2极化曲线

4.2.3电化学阻抗谱

4.2.4SEM

4.3本章小节

参考文献

总结与展望

硕士期间发表论文

致谢