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贮备式锌银电池锌电极电化学性能及贮存寿命的研究
作 者: 沈川杰
导 师: 孙克宁
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 化学工程与技术
关键词: 锌银电池 锌电极 化学镀银 高温加速 气相缓蚀剂
分类号: TM911.14
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
锌银电池具有输出电压平稳、比功率和比能量高、安全性能好等优点,被作为贮备电池广泛应用于航空、航天及军事等领域。目前发达国家研究的贮备式锌银电池的贮存寿命可达十年以上。其中负极锌电极是影响其贮存寿命的重要因素之一。本研究从活性物质和泡沫银集流体的制备入手,研究了锌电极的电化学性能;采用气相缓蚀剂对电极进行表面处理的方式,提高其贮存寿命。研究了电解法制备枝晶状锌粉,优化了电解锌粉的制备工艺,发现在KOH浓度为560g/L和ZnO浓度为40g/L的电解液中,当电解温度为10℃和电流密度为175 mA/cm2时,获得的电解锌粉具有最佳的放电性能,该电解锌粉的振实密度为0.78 g/cm3,比表面积为4.76 m2/g,平均粒径约24μm。通过对锌电极的干压制备工艺研究,发现当对锌电极施加压强15Mpa,活性物质质量为0.19g时,锌电极的放电比容量最大。当静置时间为30s时,锌电极放电比容量可达618mAh/g,利用率达75%。制备了泡沫银集流体,重点研究了聚氨酯泡沫的化学镀银工艺,得到镀液的最佳配方为:A液由10g/L AgNO3、30g/L KOH以及适量氨水组成;B液由20g/L葡萄糖、100mL/L浓氨水以及1mg/L硫脲组成。通过该方法制备出导电能力好的泡沫银基体。然而,当锌电极以泡沫银作为集流体时,其放电比容量仅为364mA/g,泡沫银并不适合作为锌电极的集流体。通过气相缓蚀剂对电极进行表面处理,采用Tafel曲线测试,考察了多种添加剂对锌电极析氢的抑制效果。结果表明这些气相缓蚀剂对锌电极析氢的抑制效果并不明显,而加入氧化铟和氧化汞则有效地抑制了锌电极的析氢。通过高温加速实验分别研究了气相缓蚀剂对锌粉和过氧化银贮存性能的影响。在温度为71℃以及湿度为5%条件下,锌粉很难被氧化,通过1个月的时间发现无论气相缓蚀剂是否存在,锌粉的氧化率都在1%以下。气相缓蚀剂中,己二胺肉桂酸、二环己胺癸酸、三乙醇胺癸酸以及苯并三氮唑在一定程度上抑制了过氧化银的分解。
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全文目录
摘要 4-5 ABSTRACT 5-10 第1章 绪论 10-21 1.1 课题背景及意义 10 1.2 锌电极制备方法与特点 10-11 1.2.1 电解干压法 10-11 1.2.2 涂膏化成法 11 1.2.3 压制烧结法 11 1.3 的电化学性能及贮存寿命发展概况 11-20 1.3.1 锌电极放电性能的提高 12-15 1.3.2 锌电极析氢的抑制 15-17 1.3.3 锌电极的表面处理 17-18 1.3.4 锌电极的气相缓蚀 18-19 1.3.5 锌电极失效的解决途径 19-20 1.4 论文工作的主要内容和意义 20-21 第2章 实验方法与原理 21-33 2.1 实验材料 21-22 2.1.1 实验药品 21-22 2.1.2 实验仪器设备 22 2.2 锌粉的制备及表征 22-27 2.2.1 电解锌粉实验装置的构成构筑 22-25 2.2.2 电解锌粉的制备及表面处理 25-26 2.2.3 锌粉性能的表征 26-27 2.3 模拟电池的制备 27-30 2.3.1 锌电极的制备及表面修复 27-28 2.3.2 锌银电池隔膜的制备 28-29 2.3.3 锌银电池泡沫银集流体的制备 29-30 2.3.4 模拟电池的组装 30 2.4 锌电极性能测试 30-33 2.4.1 锌电极放电性能的测试 30-31 2.4.2 锌电极析氢性能的测试 31-32 2.4.3 高温加速实验 32-33 第3章 锌电极的制备及其放电性能. 33-47 3.1 电解条件对锌粉形貌及性能的影响 33-39 3.1.1 电解锌粉的微观形貌 33-36 3.1.2 锌粉的粒度 36-37 3.1.3 锌粉的振实密度 37-38 3.1.4 电解锌粉的比表面积 38 3.1.5 电解锌粉的XRD 谱图 38-39 3.2 锌粉制备条件对锌电极放电性能的影响 39-41 3.3 锌电极放电性能的研究 41-45 3.3.1 电极压制压强的影响 41-42 3.3.2 活性物质质量的影响 42-43 3.3.3 静置时间的影响 43-44 3.3.4 放电倍率的影响 44 3.3.5 模拟电池的放电性能 44-45 3.4 本章小结 45-47 第4章 集流体泡沫银的制备 47-55 4.1 硫脲浓度的影响 47-48 4.1.1 硫脲在化学镀过程中作用机理 47 4.1.2 硫脲浓度对泡沫银导电性的影响 47-48 4.2 无水乙醇的影响 48-50 4.2.1 无水乙醇的作用机理 48-49 4.2.2 无水乙醇对泡沫银电阻的影响 49-50 4.3 KOH 浓度的影响. 50-51 4.3.1 KOH 的作用原理 50 4.3.2 KOH 浓度对泡沫银电阻的影响 50-51 4.4 氨水加入量的影响 51-52 4.4.1 氨水的作用原理 51 4.4.2 氨水对泡沫银电阻的影响 51-52 4.5 泡沫银的微观形貌 52-53 4.6 放电性能的影响 53 4.7 本章小结 53-55 第5章 气相缓蚀剂组分对锌电极性能的影响 55-68 5.1 锌电极的析氢性能 55-59 5.1.1 集流体银网的析氢作用 55-56 5.1.2 含氮有机物的影响 56-57 5.1.3 酸根离子的影响 57-58 5.1.4 无机氧化物的影响 58-59 5.2 锌电极放电性能的影响 59-61 5.2.1 含氮有机物的影响 59-60 5.2.2 酸根离子的影响 60-61 5.3 高温加速氧化实验 61-67 5.3.1 己二胺的衍生物 61-63 5.3.2 二环己胺的衍生物 63-64 5.3.3 三乙醇胺的衍生物 64-65 5.3.4 苯并三氮唑 65-67 5.4 本章小结 67-68 结论 68-70 参考文献 70-76 致谢 76
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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术(直接发电) > 化学电源、电池、燃料电池 > 原电池、干电池 > 碱性电池
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