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铝阳极在3.5%NaCl溶液中腐蚀电化学行为及其缓蚀剂研究

作　者: 郭兴华
导　师: 周德瑞
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 工业催化
关键词: 铝空气电池 EIS 缓蚀剂 阳极溶解 3.5%NaCl溶液
分类号: O646.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


铝空气燃料电池是一种新型高能量化学电源,它具有能量密度高,材料来源丰富,价格便宜,寿命长等优点。近年来,人类海洋活动的增多,对安全、方便能源的需求也越来越高,尤其是在海上石油、天然气的开采,海军潜艇等领域,因而海水空气电池是一种极有发展前景的化学电源。虽然海水铝空气电池具备很多优点,但是铝阳极的自腐蚀和海水中Cl-的腐蚀,都将影响铝阳极使用寿命。本课题就是在这个背景下展开的。本文以铝空气电池铝阳极作为研究对象,研究了影响铝阳极在3.5%NaCl溶液中的放电因素,铝阳极在3.5%NaCl溶液中的溶解行为,铝阳极在含有缓蚀剂的3.5%NaCl溶液中的耐蚀机理。采用时间电位曲线(ET)筛选了稀土CeCl3作为铝阳极的缓蚀剂。利用EIS研究了缓蚀剂浓度、电解液温度、含有CeCl3电解液的pH值对铝阳极放电性能的影响,确定了铝阳极最佳放电条件:稀土缓蚀剂CeCl3的浓度为500mg/L,电解液温度30℃,含有CeCl3电解液的pH值在5~6之间。放电曲线表明,铝阳极在含有缓蚀剂的3.5%NaCl溶液中的放电性能要远好于在空白溶液中的性能。通过强极化区下的Tafel极化曲线得到了铝阳极溶解曲线。采用不同的EIS等效电路,研究了铝阳极在过钝化区中点蚀发生的机理,阐述了铝阳极在钝化区的溶解电流密度变化不是直线的原因,解释了Bade图中第三个峰代表的是铝阴极,找到了铝阳极钝化膜在pH5~6的3.5%NaCl溶液中稳定存在的条件,结果表明CeCl3能很好的抑制铝阳极溶解,但浓度不易过高。采用弱极化区下的Tafel极化曲线确定了CeCl3为阴极型缓蚀剂,利用EIS发现CeCl3能在短时间内对铝阳极起缓蚀作用。通过SEM和EDS分析了CeCl3的缓蚀机理。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-19
  1.1 课题的背景及意义  9-10
  1.2 铝电池概况及其研究进展  10-11
    1.2.1 铝阳极的最新研究进展  10-11
    1.2.2 铝－空气电池电解液的研究现状  11
  1.3 铝阳极在3.5% NaCl溶液中腐蚀电化学的研究进展  11-16
    1.3.1 铝阳极在3.5% NaCl溶液中稀土缓蚀剂的研究进展  12-13
    1.3.2 铝阳极在3.5% NaCl溶液中腐蚀行为的研究进展  13-15
    1.3.3 铝阳极稀土缓蚀剂研究存在的不足  15-16
  1.4 电化学阻抗谱  16-18
    1.4.1 电化学阻抗谱简介  16
    1.4.2 铝阳极表面膜结构  16-18
  1.5 课题主要研究内容  18-19
第2章 试验材料及试验方法  19-23
  2.1 化学试剂、试验材料和实验仪器  19-20
    2.1.1 化学试剂和材料  19-20
    2.1.2 实验仪器  20
  2.2 铝阳极腐蚀电化学行为研究方法  20-22
    2.2.1 浸泡实验  20
    2.2.2 开路电位时间曲线  20-21
    2.2.3 Tafel曲线  21
    2.2.4 电化学阻抗谱  21-22
  2.3 铝阳极腐蚀机理的研究手段  22-23
    2.3.1 金相显微镜  22
    2.3.2 扫描电子显微镜  22
    2.3.3 能谱元素分析仪  22-23
第3章 影响铝阳极放电因素的研究  23-37
  3.1 引言  23
  3.2 铝阳极预处理工艺  23-24
  3.3 缓蚀剂的筛选  24-26
  3.4 影响铝阳极放电因素的研究  26-35
    3.4.1 CeCl_3浓度对铝阳极放电的影响  27-30
    3.4.2 电解液温度变化对铝阳极放电的影响  30-32
    3.4.3 电解液pH值对铝阳极放电的影响  32-35
  3.5 铝阳极放电性能测试  35-36
  3.6 本章小结  36-37
第4章 铝阳极在3.5%NaCl溶解行为的研究  37-54
  4.1 引言  37
  4.2 电位对铝阳极在3.5%NaCl溶液中溶解行为的影响  37-49
    4.2.1 铝阳极的溶解曲线  37-40
    4.2.2 过钝化区EIS谱图的解析  40-45
    4.2.3 钝化区EIS谱图的解析  45-49
  4.3 pH值对铝阳极在3.5%NaCl中溶解行为的影响  49-52
  4.4 CeCl_3对于铝阳极溶解行为的影响  52-53
  4.5 本章小结  53-54
第5章 铝阳极在3.5%NaCl腐蚀机理的研究  54-65
  5.1 铝阳极在500mg/LCeCl_3+3.5%NaCl中腐蚀行为的研究  54-59
    5.1.1 稀土缓蚀剂CeCl_3缓蚀类型的确定  54-56
    5.1.2 铝阳极在500mg/LCeCl_3+3.5%NaCl中EIS图谱的解析  56-59
  5.2 铝阳极腐蚀机理的研究  59-64
    5.2.1 铝阳极不同时间腐蚀的SEM图分析  59-61
    5.2.2 铝阳极不同时间腐蚀的EDS能谱分析  61-64
  5.3 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-72
哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明  72-73
致谢  73

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 电化学、电解、磁化学 > 金属的溶解和腐蚀的电化学理论
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