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化学修饰锌电极在碱液中电化学行为的研究

【摘要】: 锌具有充放电可逆性好、电化学当量小、氢过电位较高、阳极溶解均匀及资源丰富等特点,所以在许多领域得到了广泛应用。尤其是锌作为化学电源的负极材料时具有良好的电性能而得到了广泛的关注。但是由于锌电极存在变形、枝晶、腐蚀和钝化等问题,使得锌电极在用于二次电源时的性能降低,这也是锌电池在应用中存在的严重问题。所以适当选择并探讨添加剂对锌在碱性介质中的电化学行为以及电极性能的影响,对进一步拓宽锌电极缓蚀剂的选择范围,提高电池性能具有重要的理论意义和实用价值。 本论文应用掠射椭圆偏振测试技术结合循环伏安、恒电流阶跃、动电位极化等电化学方法,现场考察Bi、La、Ce金属离子以及含有聚氧乙烯基基团的非离子表面活性剂吐温20、吐温60、吐温80作为电解液添加剂对锌电极电化学行为的影响;同时对吐温系列缓蚀剂在锌电极表面吸附行为、缓蚀行为进行研究,探讨其存在的缓蚀机理;并讨论了吐温系列缓蚀剂的非极性基团的差异对缓蚀作用以及缓蚀机理的影响。实验表明:Bi、La、Ce金属离子对锌电极的阳极溶解都具有一定的促进作用,它们对阴极过程的影响存在差异,其中铋离子更有利于抑制锌电极在阴极沉积过程中的变形和枝晶;吐温系列缓蚀剂均属于混合抑制型缓蚀剂,其分子在电极表面的吸附符合Freundlich等温式;适宜浓度的吐温系列缓蚀剂有益于抑制锌电极的枝晶、形变,提高锌电极的循环寿命。其中吐温20的缓蚀作用属于几何覆盖效应,吐温60的缓蚀作用主要表现为吸附粒子的负催化效应。椭圆偏振光谱实验表明吐温80分子存在负催化效应,在较低浓度(10-3g·dm-3)时缓蚀作用主要表现为吸附粒子的几何覆盖效应,而当吐温80添加量大于10-3g·dm-3时,缓蚀作用主要表现为吸附粒子负催化效应。此外实验也表明非极性基团的结构(碳链)对其缓蚀作用存在显著影响,在满足溶解度需要的前提下,非极性基团为较长的饱和碳链的分子可能具有较好的缓蚀效果。

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