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碱性胶体电解质中添加剂对铝性能的影响

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-04-12  来源:中国麒麟城网  浏览次数:6274   关注:加关注
核心提示:碱性胶体电解质中添加剂对铝性能的影响余祖孝1,郝世雄1,陈昌国2(1四川理工学院材料与化学工程系,四川自贡 

碱性胶体电解质中添加剂对铝性能的影响

余祖孝1,郝世雄1,陈昌国2

(1四川理工学院材料与化学工程系,四川自贡 643000;2重庆大学化学化工学院,重庆 400044)

摘要:用电化学方法研究了在“4mol/LKOH+20%聚丙烯酸(PAA)”中,添加剂聚乙烯醇(PVA)和Na3PO4对铝阳极电化学性能的影响。当添加2%PVA或8%Na3PO4添加剂时,刚好能使“4mol/LKOH+20%PAA”成为胶体。与“4mol/LKOH+25%PAA”胶体电解质相比,铝的腐蚀电流密度和极化程度降低,开路电位负移,电导率和放电时间增加。8%Na3PO4对铝的电化学性能改善比2%PVA更加明显。

关键词:铝阳极; 碱性胶体电解质; 添加剂; 电化学性能

中图分类号:TM91141  文献标识码:A  文章编号:1001-1579(2006)03-0214-02

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],25%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(99999%,Ф100mm),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

21 添加剂PVA的影响

211 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=475mA/cm2)小于胶体电解质“4mol/LKOH+25%PAA”(Jcorr=509mA/cm2),如表1所示。

212 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)。

213 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+25%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。

22 添加剂Na3PO4的影响

221 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=512mA/cm2)与25%APP胶体电解质(4mol/LKOH)(Jcorr=509mA/cm2)几乎相等。

222 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)。

223 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+25%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+20%PAA”成为胶体,与“4mol/LKOH+25%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。

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关键词: 添加剂 碱性胶
 
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