锌电极电化学行为研究(Ⅴ)——有机缓蚀剂对碱液中无汞锌膏电极充放电的影响

利用电化学阻抗技术及循环伏安法,对碱性电液中无汞锌膏电极的电化学行为进行了研究,并讨论了一些有机缓蚀剂对静置、充电和放电状态下的无汞锌膏电极的阻抗行为及循环伏安行为的影响及缓蚀机理。     

干荷电式锌空气电池锌电极添加剂的研究

为了提高金属锌电极在干荷电式锌电池中的利用率和改善电池的电性能,采用辊压法制备了以乙炔黑和羧甲基纤维素钠(CMC)混合物为添加剂的多孔锌电极。通过恒流放电测试、阳极极化曲线测试、交流阻抗测试和扫描电镜分析等方法对锌电极的电性能进行了分析研究。结果表明,添加了乙炔黑和羧甲基纤维素钠混合物的多孔锌电极在75mA/g的放电电流密度下,其放电比容量从原来的362mAh/g提高到了566mAh/g;加入这些添加剂,降低了电极的电荷迁移阻抗,而且使得锌电极表面的钝化产物变得细小,保持了电极多孔性质,延迟了锌的钝化。     

碱性电池中锌电极添加剂的研究

利用加阴极过电位的方法研究了几种有机添加剂在二次碱性电池中对锌枝晶生长的抑制作用［1］。并测量了锌电极在这些有机添加剂存在下的阳极极化曲线,以恒量其对锌电极阳极行为的影响。利用腐蚀实验比较了这些添加剂在锌上抑制析氢速度的大小［2］。结果证明：在碱液中加入0．2％的十六烷基三甲基溴化胺和加入各0．2％的硫脲及聚乙二醇均可抑制锌枝晶的生长,而且对锌电极的阳极极化也不产生严重的影响,还可在一定程度上延缓锌在碱液中的腐蚀速度。因此,这几种有机添加剂有望作为可充碱性电池中锌电极的添加剂。     

电沉积锌电极的性能

研究了不同电解液种类、不同添加剂对电沉积锌电极性能的影响,考察了电沉积锌电极的大功率工作性能。通过实验表明:采用ZnO饱和密度为1.25g·cm-3的KOH水溶液作为电解质溶液,选用添加剂Ⅰ,当电沉积电流密度为100mA·cm-2时,电沉积出的锌电极可以在大功率锌银蓄电池中应用。实验电池以240mA·cm-2放电,循环7周期,活性物质利用率达到54%。     

可充电锌电极的研究进展

因为可充电锌电极具有比能量高、原料丰富、成本低等优点,随着可充电锌锰电池和锌镍电池的发展,近年来对可充电锌电极的研究越来越受到重视,锌电极的性能有了明显的提高.概括了锌电极存在的一些问题,如变形、枝晶、腐蚀、钝化等,并提出了相应的解决途径,尤其是提高可充电锌电极电化学性能的途径,包括在电极和电解液中加入各种添加剂、改进隔膜和充电方式等.对近年来的研究进展进行了总结,并预测了可充电锌电极的应用前景.     

二次锌-空气电池锌负极研究

为了开发可充电式锌-空气电池,研究了二次锌负极。以制备的亚氧化钛作为添加剂,考察其对电池性能的影响。通过阳极极化曲线、交流阻抗图谱研究了添加一定量亚氧化钛对锌-空气电池充放电性能、循环寿命等的影响。实验表明:锌-空气电池锌负极中添加适量亚氧化钛可以减缓锌负极的形变,并且可以显著提高锌负极的循环寿命。     

PEG抑制碱性锌锰电池析气的研究

采用聚乙二醇(PEG)2000作为负极添加剂,试图解决碱性锌锰电池析气导致的漏液问题。通过放电、储存、交流阻抗谱和析气等实验,发现在锌膏中添加0.050%的PEG2000,能将LR6电池的3.9Ω连放时间延长至850 min。PEG2000可将电池内部析气量减少38.2%。在室温及60℃条件下,锌块腐蚀率分别降低38.7%和37.7%。LR6电池高温高湿(60℃、70%)存储7 d,漏液得到抑制。     

四丁基溴化铵对锌电极的影响

为了抑制在充放电循环过程中锌电极产生的枝晶和形变，利用循环伏安法、交流阻抗法研究了在电解液中添加四丁基溴化铵（Ｃ４Ｈ９）４ＮＢｒ（ＴＢＡＢ）表面活性剂的作用。结果表明：加入１０－４ｍｏｌ／ＬＴＢＡＢ后，在锌电极的循环伏安图上阳极氧化电流和阴极还原电流均随着循环次数的增加而减小；此外，在阴极极化时，锌电极阻抗的复数平面图（ＮＹＱＵＩＳＴ）上出现了表征吸附作用的感抗圆。从而说明添加１０－４ｍｏｌ／ＬＴＢＡＢ，由于其表面吸附作用有利于锌电极的充放电性能，尤其是在阴极极化时，作用更为显著。     

锌电极电化学行为研究(Ⅶ)——碱性电解液中汞齐化锌电极的恒相角行为

利用电化学交流阻抗法对锌盘及汞齐化锌盘电极在碱性电液中的电化学行为进行比较研究时,发现汞齐化锌电极在很宽的频率范围内呈现恒相角行为(constant phase element),以分形理论及分形维数对锌电极汞齐化前后的阻抗谱数据进行了分析,结果表明锌电极表面是一个分形表面,汞齐化改善了电极的表面状况,即其表面的分形性质,使其粗糙度下降,从而使分形维数减小,最后成为光滑的平面电极,此时界面无法拉第过程,界面的阻抗行为较为简单.锌电极的阻抗行为是与表面汞齐化前后的分形维数紧密相关的,可通过汞齐化研究如何控制固体电极粗糙度及分形电极表面分形性质的变化.     

锌膏增稠剂对锌电极及锌-空气电池性能的影响

为了改善锌电极及锌-空气电池的性能,通过对比试验分析了羧甲基纤维素钠(CMC)和聚丙烯酸钠(PAAS)对锌电极电化学性能以及锌-空气电池放电性能的影响。结果表明:采用CMC与PAAS以一定比例混合用作锌膏增稠剂,使锌膏具有良好的电化学性能和电池放电性能。所装配的AA型锌-空气电池采用10Ω恒阻连续放电方式进行放电,终止电压为0.9V,电池的放电时间达到39h以上,在1.235V左右有一个平坦的放电平台,锌粉的利用率为83.1%,电池的放电容量达到4770mAh。     

电沉积锌电极在大功率蓄电池中的应用研究

研究了不同电解液浓度、电沉积电流密度等条件对电沉积锌电极性能的影响,并在此基础上,选择出锌电极组装成试验电池进行充放电测试,考察了电沉积锌电极的实际工作性能。通过实验得出:采用ZnO饱和的密度为1.20 g/cm3的KOH水溶液作为电解质溶液,电沉积电流密度为100 mA/cm2时,电沉积出的锌电极可以应用于大功率锌系列蓄电池。     

AB5型贮氢合金电极充放电过程研究

利用排水集气法、交流阻抗测试技术、充放电曲线研究了AB5贮氢合金电极的充放电过程。结果表明:在实验选择的充放制度下,充电倍率对贮氢电极的充电电位、充电效率及放电倍率对放电性能有明显的影响;在放电过程中,贮氢电极表面电化学反应阻抗随放电深度增加而减小,当放电深度大于80%时电化学反应阻抗又增大。     

锌箔电极大电流密度放电性能研究

采用锌箔制备锌电极,并对锌箔电极的制备工艺和大电流密度放电性能进行了初步研究。研究结果表明:锌箔经漏孔工艺处理,并通过点焊和冷压方式与导网压制成锌箔电极,可以进行大电流密度(248mA/cm2)放电,电极的利用率达55%以上;放电结果还表明:与压成式锌电极相比,锌箔电极大电流密度放电电压有明显提高,可以用于大功率锌银电池中。     

Ni(OH)2电极交流阻抗与放电容量的关系

利用交流阻抗和恒电流充放电技术研究了Ni(OH)2电极交流阻抗与放电容量的关系.分析了球形Ni(OH)2电极极化过程的动力学和阻抗特征,并应用数理统计方法研究了镍电极的电荷转移电阻和质子扩散阻抗对电极放电容量的影响.研究表明:放电容量与不同荷电状态的电荷转移电阻和质子扩散阻抗的相关性不同,在全放电态时放电容量与上述阻抗的相关性最强,均表现为负相关,但放电容量与质子扩散阻抗的相位角正相关.     

表面活性剂对锌电极电化学性能的影响

研究了碱性介质中阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对锌电极钝化行为的影响,组装成锌-空气电池进行了测试。结果表明,在电解液中添加0.4%(质量百分数)的SDBS后,锌电极放电容量显著提高,活性物质利用率达到56.4%,与空白电解液的锌-空气电池相比有显著提高。析氢实验表明,SDBS通过覆盖效应对锌电极起到了一定的缓蚀作用。通过极化曲线测试和扫描电子显微镜(SEM)分析发现,由于SDBS在电极表面的吸附作用,使锌电极表面的放电产物变得更为细小,保持了天然的多孔结构不被破坏,延迟了钝化的产生。