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锌镍电池锌电极的制备及电化学性能

【摘要】: 本文全面概述了化学电源的发展,锌基电池的现状以及锌镍电池的发展状况,分析了可充锌电极存在的变形、枝晶、腐蚀与钝化的原因及其解决途径。在此基础上,本文对锌电极的制备及电化学性能、以及在锌镍电池中的应用作了较系统的研究。 本文首先采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。电极添加剂主要考察了PbO、Bi_2O_3、In_2O_3三种金属氧化物对锌电极性能的影响,电解液添加剂主要考察了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:在电极中适量添加PbO、Bi_2O_3、In_2O_3三种金属氧化物可以明显改善锌沉积形态、抑制锌枝晶和变形;十六烷基三甲基溴化铵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。 在氧化锌中加入氢氧化钙能显著降低氧化锌在碱性溶液中的溶解度,明显改善锌电极的放电容量、循环寿命以及活性物质的利用率。氧化锌与氢氧化钙在碱性溶液中化学反应生成的难溶于碱的锌酸钙可以使锌电极的循环寿命得到提高,放电容量也趋于平稳,此外还考察了氧化镧对锌酸钙电极电化学性能的影响,结果表明:添加适量氧化镧能明显改善锌电极的电化学性能,使锌电极的还原峰电位正移,电极反应可逆性得到改善,同时也可抑制锌电极析氢反应的发生,提高了锌电极的阳极电流,对阳极反应有一定的活化作用;同时还可以改善锌电极的放电特性,增加电极的放电容量。 以锌酸钙为活性物质的锌电极能得到更高的锌利用率,且以锌酸钙为活性物质的锌镍电池的循环寿命明显优于以氧化锌为活性物质的锌镍电池;两层隔膜的锌镍电池的放电容量高于一层隔膜的锌镍电池,容量衰减速度也明显小于后者。

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