大尺度锌聚苯胺二次电池

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大尺度锌．聚苯胺二次电池＋

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（扬州大学理学院化学化工系，扬州，二二５００：）

导电聚合物电极材料在氧化过程中既不溶解也不钝化，而在还原过程中又无物质在导电高聚物上沉积，由金属电极构成的二次电池｝艮少显示这样的性质，所以导电高聚物的这种氧化还原性质对二次电池来说是非常晕要的。聚苯胺具有高的导电性、很好的电化学可逆性和良好的环境稳定性。将聚苯胺用于有机锂电池或水溶液电池中的电极材料已有许多报道［卜４］。虽然水溶液聚苯胺电池在较高电流密度下能够充放电，ｆⅡ其容量低，限制了这类电池的商业应用。本文用电化学聚合的聚苯胺作阴极，用锌电极作阳极，研究了聚苯胺电极的组成、溶液的ｐＨ、电流密度等对锌一聚苯胺二次电池性能的影响。

实验

聚苯胺采用电化学方法合成，苯胺在使用前经减压蒸馏。锌一聚苯胺二次电池由锌电极、２．５ＭＺｎＣｌ２＋３．ＯＭＮＨｌｃｌ电解液、不同组成的聚苯胺一乙炔黑阴极材料和石墨电极构成，聚苯胺电极的面积为６０ｃＩｎ２。

结果与讨论

乙炔黑含量对电池容量的影响：电池中聚苯胺的量为１０ｇ，分别在聚苯胺中掺入ｊ％、１０％和１５％的乙炔黑，电池在电流密度为３．３ＩＩｌＡ・ｃｍ。２时第四周期的放电容量分别为４５．６ｗ．ｈ・ｋｇ～、ｊ１．６ｗ．ｈ・ｋｇ～、６２．４ｗ．ｈ・ｋｇ。÷。进一步增加乙炔黑的含量，电池的放电容量并无明显增加。乙快黑的含量对锌一聚苯胺电池容量的影响，可能是当乙炔黑含量低时，聚苯胺电极主要是表层的聚苯胺参加反应，随着乙炔黑含量的增加，电解液能逐渐渗透到聚苯胺电极内部，使聚苯胺电极内部的活性物质也参与电极反应，但当乙炔黑含量增加到一定程度后，聚苯胺活

＋国家自然科学基金资助项目。

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性物质己近乎全部参与电极反应，故再增加乙炔黑含量并不能提高聚苯胺电池的放电容量。

电流密度对电池容量的影响：电流密度对锌一聚苯胺二次电池的容量有明显的影响。当电池中聚苯胺的量为ｌＯｇ，含１５％乙炔黑时，电池分别在１．７ｍＡ・ｃｍ、３．３ｍＡ・ｃｍ、５．０ｒｆｌＡ・ｃｍ叫时第四周期的放电容量分别为７５．６ｗ・ｈ・ｋｇ、６２．４ｗ．ｈ・ｋｇ。１和５０．４ｗ．ｈ・ｋｇ１。随着电流密度增加，电池容量急剧下降。这是因为人电流密度下，聚苯胺电极的电活性物质只能在表层参与电极反应，以及电极极化的缘故。

溶液ｐＨ对电池容量的影响：聚苯胺在酸性介质中有良好的电化学性质，但要用聚苯胺与锌电极构成二次电池，在锌电极上易发生析氢反应，这将造成电池的严重自放电影响电池的容量和寿命。为此，我们分别在ｐＨ４．４和ｐＨ４．９的２．５ＭＺｎＣｌ，，＋３．ＯＭＮ｝Ｉ。Ｃｌ的电解液中进行实验，结果发现：ｐＨ４．９的电解液有更好的缓冲能力，且电池的容量亦有所提高。要说明的是，在同样条件下，锌电极在ｐＨ４．９的电解液中比在ｐＨ４．４的电解液中更易形成锌枝。

锌一聚苯胺二次电池受多种因素的影响，经研究发现，在电池中加入适当的表面活性剂能有效地改变电池的性能。我们已能制备在高于３．３ｍＡ・ｃｍ。２的电流密度下，保持充放电库仑效率大于９０％，电池容量不低于５６ｗ．ｈ・ｋｇ，循环寿期高于１５０次的锌一聚苯胺水溶液（ｐＩ｛４．４）二次电池。如能克服在较高ｐＨ值锌枝的生长，实现锌一聚苯胺水溶液二次电池的商业化是有可能的。

参考文献

［１］Ｙ．Ｍａｅｄａ，Ａ．Ｋａｔｓｕｔａ，ＺｌＥ．，Ｂｒｆｒ口口厅以Ｉ！碡甜ｆ．３２５（１—２）：３６５，（１９９２）

［２］Ｓ．Ｌ．Ｍｕ，Ａ．Ｇ－ＭａｃＤｉａｒｎｌｉｄ，ｏ伽．上肋ｗ盯如“ｒｃＰｓ，３：５，（１９８６）．

【３］ｓ．Ｍｕ，Ｊ．Ｙｅ，Ｙ１ＶＶａｎｇ，Ｊｒ．＿ＰＤ¨７Ｐ，．．ＳｂＨ，ｆＰｓ，４５：１５３，（１９９３）．

［４］Ｊ．Ｋａｎ，Ｈ．Ｘｕｅ，Ｓ．Ｍｕ，ＺＰＤｗＰｒ＆，“，ｃＰ只７４：１１３，（１９９８）．