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碱性胶体电解质中添加剂对铝性能的影响?

回答:1  浏览:12266  提问时间:2012-7-11
碱性胶体电解质中添加剂对铝性能的影响
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  酸性的胶体铅蓄电池的特点[1],引起了人们很大的兴趣,但碱性胶体电解质的研究报道较少。铝 空气电池有许多优点[2],2 5%的聚丙烯酸(PAA)刚好能使4mol/LKOH生成胶体,且铝的腐蚀小,但与自由碱溶液相比,铝阳极的极化程度增大[3],因为PAA的含量影响电解质扩散,故应减小其含量。本文作者将PAA浓度降到2%,用聚乙烯醇(PVA)和Na3PO4作添加剂,对铝阳极在碱性胶体电解质中的性能进行了研究。

  1 实验

  电极:①研究电极为铝(99 999%,Ф1 00mm),将其一端表面裸露,其余用环氧树脂密封,分别用1200号、2000号、3000号金相砂纸打磨,然后用乙醇除油;②辅助电极为石墨;③参比电极为HgO/Hg,4mol/LKOH。试剂:KOH、Na3PO4(AR),PAA、PVA(工业品)。仪器:用LK98BⅡ(天津产),测量铝阳极的线性扫描伏安曲线(1mV/s)、Tafel曲线(1mV/s)、电位变化曲线以及开路电位Eocp;用CHI660A(美国产)测量碱性胶体电解质的电导率。实验温度为30℃。

  2 结果与讨论

  2 1 添加剂PVA的影响
     2 1 1 腐蚀性能

  图1为Al在“4mol/LKOH+2%PAA+x%PVA”中的Tafel曲线。

     显然:①随着PVA含量的增加,铝的腐蚀电流密度降低,这是因为高分子PVA对氢阴极还原时水的扩散有阻碍作用,铝电极的自放电会明显减小;②刚成为胶体时,胶体电解质“4mol/LKOH+2%PAA+2%PVA”的腐蚀速度(Jcorr=4 75mA/cm2)小于胶体电解质“4mol/LKOH+2 5%PAA”(Jcorr=5 09mA/cm2),如表1所示。

  2 1 2 极化程度及开路电位
     在“4mol/LKOH+2%PAA”溶液中,随添加剂PVA含量的递增,铝的极化程度增大(见图2a)。

  这可能是高分子添加剂使K+和OH-的电迁移将变得困难,但添加量过小将影响胶化。刚好使“4mol/LKOH+2%PAA”溶液成为胶体时PVA的最佳浓度为2%;同时PVA使铝的开位电位都负移,且铝在“4mol/LKOH+2%PAA+2%PVA”中的开路电位负移程度最大(见表1)。

  2 1 3 电导率及电位变化

  胶体电导率随PVA含量的递增而降低(见表1);同时,刚好成为胶体(“4mol/LKOH+2%PAA+2%PVA”)时的电导率比“4mol/LKOH+2 5%PAA”胶体的电导率要大。
    J=75mA/cm2时,PVA对铝电位的影响见图3。PVA能改善胶体电解质的性能,铝的电极电位较负

  2 2 添加剂Na3PO4的影响

  2 2 1 腐蚀性能
     添加剂Na3PO4对Al腐蚀速度的影响(在“4mol/LKOH+2%PAA”中)见表1。

  显然:①随着Na3PO4含量的增加,则铝的腐蚀电流密度降低;②当刚生成胶体时,8%Na3PO4胶体电解质(“4mol/LKOH+2%PAA”)的腐蚀速度(Jcorr=5 12mA/cm2)与2 5%APP胶体电解质(4mol/LKOH)(Jcorr=5 09mA/cm2)几乎相等。

   2 2 2 极化程度及开路电位
     随Na3PO4含量的递增,铝的极化程度增大(4mol/LKOH+2%PAA)(见图2b)。这可能是随着Na3PO4增加,其吸附K+和OH-的能力增强,但是添加量过小将影响胶化。使“4mol/LKOH+2%PAA”溶液成为胶体时的最佳浓度为8%;同时Na3PO4使铝的Eocp都负移,Al在“4mol/LKOH+2%PAA+8%Na3PO4”中的Eocp负移程度最大(见表1)。

  2 2 3 电导率及电位变化

   Na3PO4含量递增而胶体电导率降低(表1),使“4mol/LKOH+2%PAA+8%Na3PO4”成为胶体时的电导率比无添加剂时要大。J=75mA/cm2时,Na3PO4对铝电位的影响见图3。在胶体电解质中Na3PO4能改善Al阳极性能,提高铝的放电性能。

  表2是不同添加剂对Al阳极电化学性能的影响。

  含2%PVA、8%Na3PO4添加剂的胶体电解质(“4mol/LKOH+2%PAA”)在极化程度(见图2)、开路电位及电极电位负移、放电时间等方面均比无添加剂(“4mol/LKOH+2 5%PAA”)时有较明显提高。Na3PO4的效果较好。

  3 结论

  分别添加2%PVA和8%Na3PO4,刚好能使“4mol/LKOH+2 0%PAA”成为胶体,与“4mol/LKOH+2 5%PAA”胶体电解质相比,铝的电化学性能有较大提高;此外,8%Na3PO4对铝的电化学性能改善比2%PVA更加明显。

回答时间:2012-7-11

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