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锌空气电池具有容量大、比能量高、原材料价廉易得、放电电压平稳以及无环境污染等优点,是一种具有巨大市场前景的绿色化学电源。目前锌空气电池存在着自放电率高、放电电流密度小,电解液碳酸化、失水或吸潮、漏液和爬碱等技术难题,从而制约着锌空气电池的大规模实用化进程。而在电池使用前才加注电解液的干荷电式锌空气电池可有望解决上述长期存在的难题。该种电池采用干燥的多孔锌电极作为负极,传统的空气扩散电极为正极,电解液在使用时才注入电池内,将电池的湿储存转变为干储存,从而有效地克服了上述的技术难题。
多孔锌电极具有安全性能好,比能量高等特点,但是由于锌电极中存在变形、枝晶、钝化等问题,使得锌电极在电池使用过程中性能降低。本文针对锌电极钝化的问题,制备了旨在应用于干荷电式锌空气电池的多孔锌电极并研究了添加剂对该类电池多孔锌电极电性能的影响。另外针对锌变形和枝晶问题,制备了氢氧化钙表面包覆修饰的多孔二次锌电极,通过充放电测试研究了钙膜对锌电极的电性能的影响。主要的实验结果和结论如下:
1)研究了乙炔黑对干荷电式锌空气电池多孔锌电极的放电性能的影响,研究结果表明,在多孔锌电极中分别加入适量的乙炔黑显著提高了锌电极的利用率。
2)研究了乙炔黑和羧甲基纤维素钠作为添加剂对干荷电式锌空气电池多孔锌电极的电性能影响,研究结果表明,当在锌电极中同时添加2wt%乙炔黑和2wt%的羧甲基纤维素钠时,电极具有最佳的电化学性能。
3)研究了电极厚度、聚四氟乙烯用量和造孔剂对干荷电式锌空气电池锌电极电性能的影响,研究表明当电极厚度为1.0mm时,聚四氟乙烯用量为2.5%时,电极的放电性能最佳。而造孔剂碳酸氢铵的加入降低了锌电极的放电容量。
4)研究了存贮时间和放电电流密度大小对干荷电式锌空气电池电性能的影响,研究结果表明,干荷电式锌空气电池具有优越的储存性能;随着放电电流的增大,在相同条件下干荷电式锌空气电池锌电极的放电容量逐渐减小、其放电电压也随着降低。
5)研究了在电极表面包覆Ca(OH)2膜对多孔锌电极的电化学性能的影响,研究结果表明,包覆钙膜的锌电极循环寿命比不包覆钙膜的锌电极具有更长的循环寿命和更稳定充放电性能。同时锌电极表面包覆Ca(OH)2膜有效地降低了电极的电荷迁移阻抗。