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Mg-Li和Mg-Li-Ce合金电化学性能研究

作　者: 徐岩
导　师: 曹殿学
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 应用化学
关键词: 金属半燃料电池 阳极材料 Mg-Li Mg-Li-Ce 电解质添加剂
分类号: TG146.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


Mg作为金属半燃料电池的一种阳极材料,具有高比能量,高法拉第容量和较负的氧化电位等优点,而引起了广泛的关注。在实际使用时,Mg阳极存在自腐蚀析氢反应和“负差效应”以及Mg表面易形成钝化膜等问题,导致Mg阳极性能的降低。在Mg中添加合金元素和在电解液中加入添加剂可有效提高Mg阳极的性能。本论文研究了在Mg中添加Li和Ce两种合金元素及在电解液中添加锡酸钠和氟化钠对电极性能的影响。本论文采用真空熔炼法制备了铸态Mg-8Li,Mg-8Li-0.5Ce和Mg-8Li-1Ce三种合金。采用Tafel极化曲线、恒电势氧化法和电化学阻抗谱法,研究了Mg, Mg-8Li, Mg-8Li-0.5Ce和Mg-8Li-1Ce电极在0.7 mol·L-1 NaCl溶液中的电化学行为。采用扫描电子显微镜观测了电极放电前后的表面形貌变化。研究了锡酸钠和氟化钠两种电解质添加剂对电极放电性能的影响。采用失重法测定了电极的自腐蚀速率和电流效率。研究了以Mg, Mg-8Li, Mg-8Li-0.5Ce和Mg-8Li-1Ce为阳极的Mg-H2O2半燃料电池的性能。结果表明：在0.7mol·L-1 NaCl溶液中,电极的电氧化活性排列顺序表示为：Mg-8Li>Mg-8Li-1Ce>Mg> Mg-8Li-0.5Ce,在-0.8 V电位下,Mg-8Li电极的放电电流密度约为53 mA·cm-2。Li元素对Mg电极起到了“活化”作用。锡酸钠和氟化钠作为电解质添加剂,有效提高了电极的电氧化活性,对电极起到了“活化”作用。同时,锡酸钠的加入还提高了电极的间歇放电和连续放电的电流效率。未加入添加剂时,以Mg-8Li合金为阳极的Mg-H2O2半燃料电池的峰值功率密度最大,为134mW·cm-2。在阳极电解液中加入1 mmol·L-1锡酸钠后,以Mg-8Li-1Ce合金为阳极的Mg-H2O2半燃料电池的峰值功率密度最大,为180mW·cm-2。

全文目录


摘要  5-6ABSTRACT  6-11第1章 绪论  11-23  1.1 引言  11  1.2 金属半燃料电池  11-19    1.2.1 铝半燃料电池  13-14    1.2.2 锌半燃料电池  14-15    1.2.3 镁半燃料电池  15-19  1.3 Mg阳极的研究  19-21  1.4 论文的研究意义及主要内容  21-23    1.4.1 研究意义  21-22    1.4.2 研究内容  22-23第2章 实验部分  23-30  2.1 实验仪器与试剂  23-24    2.1.1 主要实验试剂及材料  23    2.1.2 主要实验仪器  23-24  2.2 电极的制作  24-26    2.2.1 镁锂基合金的熔炼  24-26    2.2.2 电极的制备  26  2.3 电化学性能测试  26-28    2.3.1 Tafel极化曲线测试  27    2.3.2 恒电势氧化曲线测试  27    2.3.3 电化学阻抗谱测试  27-28  2.4 电极表面形貌分析  28  2.5 自腐蚀速率及电流效率测试  28-29    2.5.1 自腐蚀速率的测试  28    2.5.2 电流效率测试  28-29  2.6 Mg-H_2O_2半燃料电池的组装与测试  29  2.7 本章小结  29-30第3章 Mg-8Li,Mg-8Li-0.5Ce和Mg-8Li-1Ce电极在NaCl溶液中电化学性能的研究  30-41  3.1 Tafel极化曲线测试  30-31  3.2 恒电势氧化曲线测试  31-34  3.3 电化学阻抗谱测试  34-35  3.4 扫描电镜测试  35-37  3.5 电极的自腐蚀速率与电流效率  37-40    3.5.1 自腐蚀速率  37-38    3.5.2 电流效率  38-40  3.6 本章小结  40-41第4章 电解质添加剂对Mg-8Li,Mg-8Li-0.5Ce和Mg-8Li-1Ce电极电化学性能的影响  41-74  4.1 电解质添加剂锡酸钠对电极电化学性能的影响  41-56    4.1.1 Tafel极化曲线测试  41-44    4.1.2 恒电势氧化曲线测试  44-54    4.1.3 电化学阻抗谱测试  54-55    4.1.4 扫描电镜测试  55-56  4.2 电解质添加剂氟化钠对电极电化学性能的影响  56-69    4.2.1 Tafel极化曲线测试  56-58    4.2.2 恒电势氧化曲线测试  58-67    4.2.3 电化学阻抗谱测试  67-69    4.2.4 扫描电镜测试  69  4.3 锡酸钠对电极自腐蚀速率与电流效率的影响  69-72    4.3.1 自腐蚀速率  69-70    4.3.2 电流效率  70-72  4.4 本章小结  72-74第5章 Mg-H_2O_2半燃料电池的研究  74-81  5.1 Mg-H_2O_2半燃料电池的结构  74  5.2 Mg-H_2O_2半燃料电池的组装  74-77    5.2.1 Au/Ni阴极催化剂的制备  75-76    5.2.2 Nafiion膜及其前处理  76-77  5.3 不同阳极材料对电池性能的影响  77-78  5.4 锡酸钠添加剂对电池性能的影响  78-79  5.5 本章小结  79-81结论  81-82参考文献  82-90攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  90-91致谢  91-92个人简历  92

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属材料 > 有色金属及其合金 > 轻有色金属及其合金 > 镁
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