电沉积锌合金电极的制备及性能

锌由于优良的性价比而广泛地应用于化学电源中作为阳 极 材 料 "但 由 于 锌 本 身 的 热 力 学 性 质 的 影 响 " 使 得 锌 负 极 在 碱 性 溶 液 中 发 生 溶 解 析 氢% P- Q&" BJ R!P-B SJ&B T&" / "
1////
121////!’k)
银片作为沉积锌合金的阴极" 背面和侧面用环氧树脂封 住 " 控 制 研 究 电 极 面 积 为 %\]"42&" 用 金 相 砂 纸 打 磨 光 亮 " 用 丙 酮除油后 " 再用蒸馏水淋洗 & 阳极为分析纯锌片 & 电沉积锌合金工艺规范 ! 所有药品均为分析纯试剂$ 如 表 Y 所示 &
5mL/L 90mA/cm
2
!
Байду номын сангаас
电沉积 &%"25- 作为研究电极 " 辅助 电 极 为 大 面 积 镍 片 " 参 比 电 极 为 JD^JDB 电 极 _]" 2,6^E‘BJa " 所 有 测 试 均 在
OJF]]%A 型电化学工作站! 上海辰华 $ 上进行 &
12"////rs!6kZ
"%"&&&&!##$%&
在 #$%&’2)$*+, 溶 液 中 氢 气 在 各 种 锌 合 金 电 极 表 面 上 的 阴极极化曲线如图 = 所示 "
0.14 0.12 0.10 0.08 I/A 0.06 0.04 0.02 0.00 0.02 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 U/V 1.8 1.9 2.0 2.1
E "&&&&LM.,-*#!##$%& 567%"&&&&E;9F.D:&=./;@6C;96.,&>?@A:<&.B&C6,>&;//.G<&:/:>9@.D:<
分散均匀 ! 加入四滴质量百分数为 #8ABCDE 粘 合 剂 ! 和 膏 ! 将 活性物质涂在 /:<%= 的黄铜 网 集 流 体 上 ! 电 极 表 面 包 以 棉 纸 ! 烘干后轻压 " 负极为电解制备的各种合金锌粉! 正极为两片烧结镍电 极保证容量过量!双层再生纤维素膜作为隔膜 !电 解 液 为
3;<=>?@=#/-A+</?>=+@BC/+&=>DEF@CE/CBC@=>DECGD<+=CE/H+&@/?BBDI/@D?=+&J/D&/=AC/<+BKC>/G+C@C/?</=AC/@DBBC@=+D&,/?&E/+&<GC@=’ CE/=AC/+&LBFC&@C/DL/E+LLC>C&=/?BBDI/CBCMC&=</=D/=AC/GC>LD>M?&@C/DL/H+&@/CBC@=>DEC2 /N?@A/O+&E/DL/H+&@/GDPEC>/P?</G>C) G?>CE/ ;I/ CBC@=>DBI<+<2 / -AC/ H+&@/ &+@OCB/ ;?==C>+C</ PC>C/ L+==CE2 / -AC/ @A?>JC) E+<@A?>JC/ =C<=/ >C<FB=/ +&E+@?=C/ =A?=/ ?L=C>/ ?EE+&J/=AC/MC=?BB+@/CBCMC&=/+&=D/=AC/H+&@/CBC@=>DEC$ /+=/P?</?;BC/>CM?>O?;BI/=D/>CEF@C/=AC/AIE>DJC&/CKDBF=+D&/+&/=AC/ H+&@/ CBC@=>DEC/ ?&E/ >CEF@C/ =AC/ @D>>D<+D&/ DL/ =AC/ H+&@/ CBC@=>DEC/ +&/ =AC/ CBC@=>DBI=C2 / %+&@/ CBC@=>DECQ</ CBC@=>D@ACM+<=>I/ GC>LD>M?&@C/P?</J>C?=BI/+MG>DKCE/;I/=AC/%&’ (&’ *+/?BBDI2/3L=C>/?@=+K?=+D&/=AC/;?==C>I/A?E/?/A+JAC>/@?G?@+=I2 RCI/PD>E<#/H+&@/CBC@=>DECS/H+&@/?BBDIS/CBC@=>DECGD<+=S/@D>>D<+D&
"448’ 4T’ "1 //////// &I& ¡7"4U581"89/ //////// ¢£¤¥¦§¨ © 10::ª«W¬W­®¯°W±²W³´µ¶·W ¸0¹º<»¼!HI, HI!½W!V¾¿À *+DJ>?GAIVNWX/YA?D) ;+&/710::ª 9$/M?BC$/G>DLC<<D>2
’()*+",-"./01,023-4/"3-*".0/.303(5,-",1"/6/4(0,*/.,75(/* 85-4"366,+"/6/4(0,*/
9:;<"’=3,>?5-!""@AB"C53-D!""EFG"H5-D!""I:F"J)5>K53-D!""LA;"M)! ’4=,,6 ,1 N3(/0536 3-* O=/25436 :-D5-//05-D! P=/-D8=,) F-7(5()(/ ,1 E5D=( F-*)7(0+! P=/-D8=,) J/-3- #$%%%&!O=5-3 $
$%(&&&&*+,-./012
阳 极 为 纯 锌 板 !阴 极 为 铝 片 !直 流 稳 压 电 源 !电 流 密 度 #
/$;2<%=! 电解液同 =0/ 所述 ! 室温 " 电解一段时间将阴极取出 !
刮下锌粉 ! 水洗后晾干 ! 烘干备用 "
$%)&&&&-345*6789:
锌负极的制作#以 锌 粉 作 为 活 性 物 质!称 取 各 类 锌 粉
&"J&BU&"/!&"BJVWJ&$ 是电池自放电的主要原因 XYZ& 在一次
电 池 中 "传 统 的 方 法 是 在 锌 电 极 中 加 入 少 量 的 汞 使 其 汞 齐 化 " 该 方 法 虽 然 有 效 "但 由 于 汞 的 毒 性 "已 逐 步 被 各 种 缓 蚀 剂 所 代 替 X&Z& 在 可 充 电 池 中 " 通 常 以 机 械 混 合 的 方 式 加 入 一 些 电 极 添 加 剂 和 在 电 解 液 中 加 入 添 加 剂 等 方 式 "减 小 锌 电 极 的 腐 蚀 "抑 制枝晶的生成 "提高锌电极的循环寿命等电化 学 性 能 "文 献 X[ "#Z 归纳和总结了这方面的研究成果 & 然而 " 碱液中锌电极 所存在的这些问题依然没有得到很好的解决& 机械方式加入 电极添加剂也存在着混合不均 " 效果不明显等缺点 & 从锌电极 活 性 物 质 的 制 备 着 手 "改 变 了 传 统 的 热 法 制 备 锌 粉 的 工 艺 "采 用电解的方法制备锌粉并对其电解掺杂" 考察了各种金属元 素对锌电极电化学性能的影响" 可为进一步提高锌电极性能 研究提供基础 &
Zn Zn+Bi Zn+Bi+In Zn+In Zn+Pb Zn+Pb+Bi Zn+Pb+In Zn+Pb+Bi+In
#:%&’2):*+, ! 活化后以 80=:F 进行首次充放电 " 以筛选出性能
较 佳 的 电 解 合 金 锌 粉 与 热 法 制 备 锌 粉 作 为 负 极 活 性 物 质 !在 电 解 液 为 #:%&’2):*+, ’ 饱 和 45+ % 中 进 行 多 次 充 放 电 循 环 ! 考查对锌电极循环性能的影响 "
在 研 究 电 极 的 稳 定 电 位 附 近 "电 位 与 电 流 呈 线 性 关 系 "因
"448214///ZDB2T4//WD214
!""
研 究 与 设 计
此 当 对 研 究 锌 电 极 施 加 一 个 小 幅 度 的 电 位 阶 跃 !! ! 考 察 电 流 变化 "" 的大小即可反映锌电极的腐蚀能力大小 "
研 究 与 设 计
!"#$%&!’()*+,-.
冯 绍 彬 !"""" 包 祥 !"""" 刘 清 !"""" 魏 辉 强 !"""" 潘 军 ! 郑 州 轻 工 业 学 院 材 料 与 化 学 工 程 学 院 " 河 南 郑 州 #$%%%& #
/0#12345678!9#$%&:;(<=$ >?@AB(%&CDEFG$!’!HI-.(JKL !M)N @OP%&$QREST$U!VWXY!Z[\]^_W!M‘a&bCDc.defghij$!’8klm$ n o@$!’j!Mpqkrs $ ,qt %&’ (&) *+ uC%&Gvw$!’k!HI-.xy, !VzHc{|}~k L $!’ $%& !9# rs qF-./01"20//////////3//////////144") 4!5/67"448914) 4!"") 4:
4 4 4 4
$%#&&&&!"##$%&
阴 极 极 化 曲 线 测 试 ! 电 解 液 ##$%&’() 的 *+, 溶 液 ! 扫 描 范围 # 稳定电位 -./01$! ! 扫速 /$%!23 " 阳极极化曲线测试 ! 电解液 ##$%&’2) 的 *+, $ 饱 和 45+ % 溶液 & 扫描范围 # 稳定电位 67/089:! ! 扫速 /$%!23 "
! 1 !"#$%&’()* Tab.1Preparationconditionsfor electrodepositingthezincalloys
!" ZnCl2 Pb2+ (! PbAc !") In3+ (! InCl3 !") pH ! !!"# !"#$ 120 0.05 0.06 4.5 !" 160g/L 0.06g/L 0.07g/L 5.0 1 !" H3BO3 Bi2+ (! BiCl3 !") !"# Jk 2 3 80 25 0.06 !" 30g/L 0.07g/L
"&&&&;<=>?
"%$&&&&@A*B0CD
45 电极在 #:%&’2):*+, 体系电位阶跃测腐蚀电流曲 线 如
图 / 所示 "
0.0008 0.0006 0.0004 0.0002 I/A 0.0000 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 t/s I
! 2 ! " # $ % & 6 m ol/LKOH ! " # $ % & ’ Tab.2 Thevaluesofcorrosioncurrentof servalzincalloysin6m ol/LKOH
! "# $% Zn Zn+Bi Zn+In Zn+Pb ÄI /A 2.000×10 1.530×10 2.280×10 3.000×10
! "# $ % Zn+Pb+In Zn+Bi+In Zn+Bi+Pb Zn+Pb+In+Bi
ÄI /A 1.330×10 4 1.364×10 4 1.296×10 4 0.796×10 4
!
由 表 = 数 据 可 以 知 道 I 加 入 "5 或 BJ 单 金 属 时 会 增 大 腐 蚀
$%’&&&&’()%&
电解液体系为 #$%&’2) 的 *+, 溶液 ! 扫速 /$%!23 "
电 流 ! 锌 电 极 加 入 KLM"5 ! BJM"5$ !KLMBJ 等 种 类 合 金 后 腐 蚀 电 流都相应减小 ! 其中加入 BJN"5OKL 的 四 元 合 金 的 腐 蚀 电 流 最 小 !说 明 加 入 该 合 金 后 锌 电 极 的 腐 蚀 程 度 减 小 !电 沉 积 金 属 元素的加入有利于提高锌电极在电解液中的稳定性! 应用于 电 池 中 可 减 小 锌 电 极 的 腐 蚀 !降 低 电 池 的 自 放 电 程 度 !提 高 电 池的贮存期 ! 提高电池的循环容量 " 同 时 !通 过 测 试 过 程 中 的 实 验 现 象 发 现 !在 银 片 上 沉 积 的
45MBJP 和 45M"5 合金层表面比较粗糙 ! 在 #$%&’2)$*+, 电解液
中 发 生 剧 烈 反 应 !同 时 有 气 体 放 出 !可 见 腐 蚀 相 当 厉 害 !其 腐 蚀电流值较大与实验数据测试结果基本相符合 "
80=>:? ! 胶 体 石 墨 808@:? ! 将 两 者 混 合 均 匀 ! 滴 加 适 量 无 水 乙 醇