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碱性条件下二次锌电极性能的研究

【摘要】: 锌由于具有优良的电化学性能,令人满意的技术和经济特征等特点,被广泛用作一次电池的负极材料。但是由于在碱性溶液中可充锌电极循环寿命较短,使锌系列二次电池的大规模应用受到限制。主要原因是: 1.锌电极在充电过程中会产生锌枝晶,不断生长的枝晶将穿透隔膜而使电池短路。 2.在充放电过程中,锌活性物质会穿过电极表面发生迁移。这造成了锌电极上的一些位置氧化锌逐渐减少,而另一些位置活性物质增多、电极变厚,即所谓的锌变形。这将使电极的有效面积减小、容量降低。 3.由于锌电极表面的不均匀性,从而形成许多的腐蚀微电池。这消耗活性物质。 4.阳极极化增大的情况下,锌电极表面会形成致密的氧化锌层而发生钝化。钝化使锌电极利用率降低、电池容量下降。 针对上述情况,本文利用电化学方法对锌电极添加剂、电解液添加剂进行了初步的研究。经过对两类添加剂分别进行筛选、比较,在电极添加剂方面主要考查了两种添加钙的方式以及添加PbO、Bi_2O_3、SnO_2三种金属氧化物对锌电极性能的影响;电解液添加剂方面则主要考查了不同浓度的KF+K_2CO_3、硫脲、十六烷基三甲基溴化铵的添加对锌电极性能的影响。实验结果表明: 1.两种添加钙的方式中,锌酸钙电极表现出优于共沉淀法制取的锌钙混合物电极的循环性能,并对锌枝晶、变形、迁移有较好的抑制作用。 2.在电极中适量地添加PbO、Bi_2O_3、SnO_2三种金属氧化物,可以明显的改善锌沉积形态、抑制锌枝晶和变形。 3.以KF、K_2CO_3代替一部分KOH可以降低锌在碱性溶液中的溶解度,因此对抑制锌枝晶、变形、迁移有较好的作用,延长了电极的循环寿命。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 4.硫腺、十六烷基三甲基澳化铰通过在锌电极表面的活性中心上特性吸 附,抑制锌在这些位置的沉积,产生较均匀的沉积,从而达到抑制枝晶的效 果。

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