碱性介质中锌电极电化学行为的研究

摘要

该文概述了化学电源的发展简史和锌基电池的研究现状,分析了可充锌电极存在的变形、枝晶、腐蚀与钝化的形成原因及其解决途径.在此基础上,开展了碱性介质中锌电极的电化学行为与涂膏式锌电极的充放电性能的研究工作.通过测量碱性电解液中金属锌电极在不同阳极极化过电位下的电化学阻抗谱,研究了金属锌电极在不同区域的阳极极化行为.在活化区,电化学反应速率决定于电极电位E、中间物Zn(OH)<,ads>在电极表面的吸附以及OH<'->在电极表面反应区的扩散;随着阳极极化过电位的增大,电化学反应电阻下降,中间物Zn(OH)<,ads>在电极表面的覆盖率上升;在相对高的极化过电位下(约为200mV),覆盖率急剧下降,这主要是由于金属原子与OH<'->之间的吸附键转化为化学键的缘故.在过渡区,电化学反应速率不再受OH<'->扩散的影响,而是决定于电极电位E和电极表面钝化膜的覆盖率;随着阳极极化过电位的增大,电化学反应电阻增加,钝化膜在电极表面的覆盖率也随之上升;钝化膜在电极表面的覆盖率的增加速率(即加速度)在钝化发生时是先增加后降低的.在钝化区,电化学反应速率决定于电极电位E和电极表面钝化膜的厚度;随着阳极极化过电位的升高,新钝化膜的生成速率和旧钝化膜的溶解速率均上升,共同作用的结果是电极表面钝化膜的厚度不断增加,即新钝化膜的生成速率大于旧钝化膜的溶解速率.采用化学共沉淀法制备了含有BaCO<,3>的活性ZnO.与纯ZnO相比,其具有更大的堆积密度、更高的活性物质利用率及更优的放电性能.此时钡添加剂的主要作用是影响ZnO的结晶过程.采用化学反应法得到了锌酸钙Ca(OH)<,2>·2Zn(OH)<,2>·2H<,2>O与ZnBi<,38>O<,60>的混合物,ZnBi<,38>O<,60>的添加可以通过减小微晶尺寸有效地增大锌酸钙相的比表面积.采用溶胶-凝胶法制备得到了具有很高结晶度及纯度的La<,0.6>Ca<,0.4>CoO<,3>催化剂,极化曲线测试表明其对阴极氧还原和阳极析氧反应均具有较高的催化活性.一次锌空电池的放电性能与放电电流有很大关系,随着放电电流的升高,电池放电容量和放电中点电位急剧下降;二次锌空电池在经历了10个循环后,容量已所剩无几,电池失效.锌空电池的大电流放电性能及其循环性能有待于进一步提高.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1化学电源的发展简史

1.2锌基系列电池的发展现状

1.2.1锌锰干电池

1.2.2碱性锌锰电池

1.2.3锌汞电池

1.2.4锌镍电池

1.2.5锌空气电池

1.2.6锌银电池

1.2.7锌铁氰电池

1.2.8锌氯电池

1.3锌电极的特点及研究现状

1.3.1锌电极变形

1.3.2锌枝晶

1.3.3锌电极腐蚀

1.3.4锌电极钝化

1.4论文选题的意义与研究工作思路

参考文献

第二章实验内容与测试方法

2.1化学试剂与测试仪器

2.1.1化学试剂

2.1.2测试仪器

2.2 Zn电极活性物质的制备

2.3电极的制备

2.3.1涂膏式镍电极的制备

2.3.2金属铋粉的制备

2.3.3锌电极的制备

2.4电化学性能测试

2.4.1电化学性能测试装置

2.4.2极化曲线测试

2.4.3循环伏安测试

2.4.4恒电流充放电循环测试

2.4.5电化学阻抗谱测试

2.5结构及形貌分析

参考文献

第三章金属锌电极在碱性介质中的阳极极化行为

3.1引言

3.2实验方法

3.3结果与讨论

3.3.1阳极极化曲线

3.3.2活化区的电化学阻抗谱

3.3.3过渡区的电化学阻抗谱

3.3.4钝化区的电化学阻抗谱

3.4本章小结

参考文献

第四章钡添加剂对二次碱性锌电极性能的影响

4.1引言

4.2实验方法

4.2.1样品的制备

4.2.2样品的表征

4.2.3电极性能测试

4.3结果与讨论

4.3.1化学共沉淀法制备掺Ba样品的物理性质与电化学性能

4.3.2直接化学反应法制备掺Ba样品的物理性质与电化学性能

4.4本章小结

参考文献

第五章钙添加剂对二次碱性锌电极性能的影响

5.1引言

5.2实验方法

5.2.1样品的制备

5.2.2样品的表征

5.2.3电极性能测试

5.3结果与讨论

5.3.1样品的表征

5.3.2样品的电化学性能

5.3.3锌酸钙电极容量衰减行为

5.4本章小结

参考文献

第六章ZnBi38O60作为添加剂对锌酸钙电化学性能的影响

6.1引言

6.2实验方法

6.2.1样品的制备

6.2.2样品的表征

6.2.3电极性能测试

6.3结果与讨论

6.3.1样品的表征

6.3.2样品的电化学性能

6.4本章小结

参考文献

第七章锌空电池的初步研究

7.1引言

7.2实验方法

7.2.1锌电极的制备

7.2.2空气电极的制备

7.2.3模拟电池的结构

7.2.4电化学性能测试

7.3结果与讨论

7.4本章小结

参考文献

第八章总结与展望

博士期间发表论文

致谢