铝中添加剂对性能的影响检测方案(电化学工作站)

电 池BATTERYBIMONTHLYVol.36，No.3Jun. ，2006第36卷 第3期2006年 6月 215第3期余祖孝，等：碱性胶体电解质中添加剂对铝性能的影响 碱性胶体电解质中添加剂对铝性能的影响 余祖孝，郝世雄，陈昌国国 (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“4 mol/L KOH+2.0%聚丙烯酸(PAA)"中，添加剂聚乙烯醇(PVA)和 Na PO4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“4 mol/LKOH+2.0%PAA"成为胶体。与“4mol/LKOH+2.5%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%Na3 PO4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：TM911.41 文献标识码：A 文章编号：1001-1579(2006)03-0214-02 The effects of additives on performance of Al in alkaline gelled electrolyte YU Zuxiao ，HAO Shi-xiong，CHEN Chang guo (1. Material and Chemical Engineering Department， Sichuan University of Science & Engineering， Zigong， Sichuan643000， China；2. College of Chemistry and Chemical Engineering， Chongqing University， Chongqing 400044， China) Abstract ：The influences of additives polyvinyl alcohol (PVA) and Na； PO4 on electrochemical performance of Al anode in ‘4mol/L KOH+2% polyacrylic acid (PAA)’were researched by electrochemical methods. ‘4 mol/L KOH+2% PAA’was just in-to gel when added 2% PVA or 8% Na PO4. Compared with ‘4 mol/L KOH+2.5% PAA’ gel electrolyte， the corrosion currentdensity and polarization degree of Al decreased， the open circuit potential moved to negative， the conductivity and discharge timewere increased. The electrochemical performance improvement of Al by 8 % Na3 PO4 was more evident than by 2 % PVA. Key words ：Al anode； alkaline gelled electrolyte；additives：；electrochemical performance 酸性的胶体铅蓄电池的特点，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121，2.5%的聚丙希酸(PAA)刚好能使4 mol/L KOH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 Na3 PO4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。 实验 电极：①研究电极为铝(99.999%，4.00 mm)，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，4 mol/L KOH。试剂：KOH、NazPO4(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 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“4 mol/L KOH+2%PAA+x% PVA"中的 图1 Al的 Tafel曲线 Fig.1 Tafel curves of Al ( 作者简介： ) ( 余祖孝(1964-)，男，重庆人，四川理工学院材料与化学工程系副教授，硕士，研究方向：电化学，本文联系人； ) ( 郝世雄(1969-)，男，重庆人，四川理工学院材料与化学工程系讲师，硕士，研究方向：电化学及化学工程； ) ( 陈昌国(1960-)，男，重庆人，重庆大学化学化工学院教授，博士，研究方向：电化学。 ) 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“4 mol/LKOH+2%PAA+2%PVA"的腐蚀速度(Jcorr=4.75 mA/cm²)小于胶体电解质“4mol/L KOH+2.5%PAA”(Joorr =5.09 mA/cm²)，如表1所示。 2. 1.2 极化程度及开路电位 在“4 mol/L KOH+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)。 表1 添加剂对Al腐蚀速度、胶体电导率和开路电位的影响 Table 1 Effects of additives on the corrosion rate of Al，el con-ductivity and Eocp PAA/%6HPVA/% Na3PO4/% Jcorr/mAcm -2 o/Sm"-1 Eocp/V 2 0 0 16.80 9.385 -1.640 2.5 0 0 5.09 2.399 -1.749 2 1 0 10.47 7.561 -1.695 2 2 0 4.75 3.750 -1.800 2 3 0 2.95 1.835 -1.745 2 0 6 11.78 7.132 -1.674 2 0 8 5.12 5.631 -1.776 2 0 10 3.98 2. 445 -1.711 图2 不同含量添加剂时Al的极化曲线 Fig.2 Polarization curves of Al with different content of additives 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“4 mol/L KOH+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/L KOH+2%PAA +2%PVA")时的电导率比“4 mol/L KOH+2.5%PAA"胶体的电导率要大。 J=75 mA/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 Na3 PO4的影响 2.2.1 腐蚀性能 添加剂 Na3 PO4对Al腐蚀速度的影响(在“4 mol/L KOH+2%PAA"中)见表 1。 显然：①随着 Na3 PO4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%Na PO4胶体电解质(“4mol/L KOH+2%PAA")的腐蚀速度(Jcorr=5.12 mA/cm²)与2.5%APP胶体电解质(4 mol/L KOH) (Jcorr=5.09 mA/cm)几乎相等。 图3 添加剂对Al放电性能的影响 Fig.3 Influence of additives on the discharge performance of Al 2.2.2极化程度及开路电位 随Nas PO4含量的递增，铝的极化程度增大(4 mol/L KOH+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“4 mol/LKOH+2%PAA"溶液成为胶体时的最佳浓度为8%；同时Na3 PO4使铝的Eocp都负移，Al 在“4 mol/L KOH+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 Nas PO4含量递增而胶体电导率降率(表1)，使“4 mol/LKOH+2%PAA+8% Na PO4"成为胶体时的电导率比无添加剂时要大。J=75 mA/cm²时，Na；PO4 对铝电位的影响见图3。在胶体电解质中 Na3 PO4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。 表2 不同添加剂对Al阳极性能的景响 Table 2 Effects of different additives on performance of Al anode 添加 电流密度 开路 放电 添加剂 剂量 (-1.10V) 电位 时间 /% /mAcm -2 /V (75 mA/cm)/s 无 0 36.08 -1.749 1000 PVA 2 56.34 -1.800 1500 Na3PO4 8 65.61 -1.773 >1700 含2%PVA、8%Na3PO4添加剂的胶体电解质(“4 mol/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/L KOH+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“4 mol/L KOH+2.0%PAA"成为胶体，与“4mol/L KOH+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。 ( 参考文献： ) ( [1]Berndt D . Va lve regulated lead acid b atteries [J ]. J Power Sources， 2001，100( 1 -2)：29-46. ) ( [21 GUI Chang qing(桂长清 ) .铝空气电池的前景[J]. Battery Bimonthly(电池)，2002，32(5)：305-3 0 7. ) ( [3] YU Zurxiao (余祖孝)， CHEN Changguo(陈昌国)，LUO Zhong-li (罗忠礼)， et al. 铝在碱性胶体电解质中的阳极行为[J].Battery Bimonthly(电池)，2005，35(1)： 1 7-18. ) ◎China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net