鋅鉍合金電極在強(qiáng)堿電解液中的電化學(xué)行為研究.pdf

1、鋅是一種重要的金屬能源材料，由于其具有儲(chǔ)量豐富、電極平衡電位負(fù)、比能量高、可逆性好、成本低、無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛用作堿性一次和二次電池的負(fù)極材料。隨著全球?qū)δ茉春铜h(huán)境問(wèn)題的高度關(guān)注，鋅作為能源材料的重要地位日益突顯。由于鋅電極在濃的堿性溶液中存在著自腐蝕、自鈍化、形變和枝晶等問(wèn)題，使二次鋅電池的性能變差，如自放電嚴(yán)重，循環(huán)容量迅速降低，嚴(yán)重縮短了電池的壽命，甚至存在安全隱患，從而使鋅系列二次電池的大規(guī)模開(kāi)發(fā)和應(yīng)用受到極大的限制。目

2、前有關(guān)電極的合金化、電解液中Carbopol樹(shù)脂的添加量以及工作電極與對(duì)電極的距離等電池體系因素對(duì)鋅電極在強(qiáng)堿性溶液中的電化學(xué)行為的影響仍缺乏系統(tǒng)和深入的研究。本文針對(duì)堿性鋅錳電池的研究熱點(diǎn)，圍繞堿性鋅錳電池體系中的核心課題--鋅陽(yáng)極電化學(xué)行為，包括開(kāi)路電位下的鋅腐蝕速度，持續(xù)放電下的陽(yáng)極溶解速度和出現(xiàn)鈍化的電流密度等進(jìn)行研究。主要研究工作和結(jié)果如下： ⑴鋅電極中添加Bi對(duì)合金電極電化學(xué)行為的影響研究?？疾炝穗姌O中Bi的添加對(duì)合

3、金電極的電化學(xué)行為的影響，包括：合金電極的自腐蝕、陽(yáng)極溶解峰電流和溶解電位以及致鈍時(shí)間，并對(duì)合金電極浸蝕及溶解致鈍后的表面形貌進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，合金電極中添加一定量的Bi可明顯減小合金的晶粒尺寸，增大界相長(zhǎng)度，降低晶界雜質(zhì)的濃度，從而有效抑制電極的自腐蝕，在開(kāi)路電位附近極化電阻增大；同時(shí)可改善電極表面氧化物的沉積形貌和結(jié)晶取向，提高了電極活性。在連續(xù)溶解條件下，Bi的添加對(duì)電極溶解電位及陽(yáng)極過(guò)電位影響程度較??；在大電流溶解致鈍過(guò)程中

4、，Bi的添加不同程度地促進(jìn)了電極的鈍化過(guò)程。 ⑵電解液中添加Carbopol樹(shù)脂對(duì)合金電極電化學(xué)行為的影響研究?？疾炝穗娊庖褐刑砑覥arbopol樹(shù)脂對(duì)電化學(xué)行為的影響，包括：合金電極的自腐蝕、陽(yáng)極溶解峰電流和溶解電位以及電極達(dá)到鈍化的時(shí)間等。結(jié)果表明，電解液中添加Carbopol樹(shù)脂可提高電解液粘性，增大了擴(kuò)散層厚度，進(jìn)而顯著提高了電極極化電阻，有效降低了電極的自腐蝕速率。在連續(xù)溶解條件下，Carbopol樹(shù)脂的添加使電極陽(yáng)極

5、的溶解電位出現(xiàn)不同程度的正移，陽(yáng)極極化過(guò)電位明顯增大；大電流放電致鈍過(guò)程中，Carbopol樹(shù)脂的添加較明顯地促進(jìn)了電極的致鈍過(guò)程。 ⑶電解池中工作電極與對(duì)電極距離對(duì)合金電極電化學(xué)行為的影響研究。通過(guò)精確調(diào)節(jié)對(duì)電極(MnO2)與工作電極(Zn-Bi合金)的距離，較系統(tǒng)地研究了不同電極間距離對(duì)鋅合金電極的電化學(xué)行為的影響。結(jié)果表明，電極間距離的縮短使電極溶解電位出現(xiàn)不同程度的正移，溶解電位的波動(dòng)程度明顯加劇，電極表面的雙電層電容和