鎂干電池負(fù)極材料和緩蝕劑的研究.pdf

1、鎂電負(fù)性高、化學(xué)活性活潑，能量密度高，在化學(xué)電源領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。但是由于鎂合金的自腐蝕析氫反應(yīng)問題，限制和阻礙了鎂合金電池的廣泛應(yīng)用。因此，本文通過添加合金元素和不同緩蝕劑，優(yōu)化鎂合金電池負(fù)極材料的成分及電池電解質(zhì)緩蝕劑成分，減小負(fù)極材料自腐蝕，提高鎂電池的放電性能。
　　 本文采用開路電位測試(OCP)、線性電位掃描(LSV)、電化學(xué)阻抗測試(EIS)、Tafel極化曲線、X射線衍射分析(XRD)及電池放電測試等試驗(yàn)手

2、段，從電池負(fù)極材料和緩蝕劑兩方面研究鎂.錳干電池。負(fù)極材料方面，分別研究了Al、Zn含量對Mg-Al-Zn合金和Li含量對Mg-Li-Al合金在高氯酸鎂溶液中電化學(xué)行為的影響，以及對相應(yīng)鎂-錳干電池放電性能的影響；緩蝕劑方面，分別研究了不同緩蝕劑對AZ31合金的電化學(xué)行為和相應(yīng)干電池放電性能的影響，以及緩蝕劑Li2CrO4含量對不同鎂合金的電化學(xué)行為和相應(yīng)干電池放電性能的影響。研究結(jié)果如下：
　　 在1 mol/L的Mg(ClO

3、4)2溶液中添加0.1％的不同緩蝕劑后，AZ31在溶液中的腐蝕得到改善，其中，Li2CrO4的緩蝕效果最好，緩蝕效率高達(dá)99.84％，相應(yīng)的電池放電性能最佳，放電曲線平滑，放電過程穩(wěn)定，工作電壓高，在1.6～1.7 V范圍之間，正極活性物質(zhì)利用率高，達(dá)41.42％。試驗(yàn)所用幾種緩蝕劑提高AZ31合金電池放電性能的能力大小順序?yàn)椋篖i2CrO4>phytic acid>Na2SnO3>SDBS>BTAH。
　　 隨著Al含量的增加

4、，Mg-xAl-1Zn合金在1 mol/L的Mg(ClO4)2溶液中的耐腐蝕性能增加，電化學(xué)活性降低，相應(yīng)鎂錳干電池的開路電壓明顯下降，AZ61合金電池開路電壓最低，為2.21V。負(fù)極鎂合金中Al含量越高，電池的放電時(shí)間和電池正極活性材料的利用率越高，電池綜合放電性能提高。綜合考慮緩蝕劑的抑制作用和電池負(fù)極材料的活性，認(rèn)為AZ31更適合做鎂錳干電池負(fù)極材料，當(dāng)添加了0.3％Li2CrO4時(shí)，電池放電性能最佳，開路電壓為2.17 V，工作

5、平臺(tái)電壓為1.5～1.7 V，正極材料利用率達(dá)53.06％。
　　 Mg-3Al-xZn合金中Zn含量增加可提高合金耐蝕性能和電池綜合放電性能。隨著Zn含量的增加，合金在1 mol/L的Mg(ClO4)2溶液中的腐蝕電位變化較小，相應(yīng)鎂合金電池的開路電壓保持在2.2 V左右微量變化。在沒有添加緩蝕劑的電解質(zhì)體系中，當(dāng)w(Zn)≥2％時(shí)，Mg-3Al-xZn合金電池的綜合放電性能變化較小，工作電壓約為1.5～1.7 V，放電時(shí)間都

6、約為10h，電池正極利用率接近。
　　 Li2CrO4對Mg-xAl-xZn合金具有良好的緩蝕作用，添加了Li2CrO4的鎂合金干電池放電性能也大大提高。在本文的實(shí)驗(yàn)中，添加了0.05％Li2CrO4的AZ35鎂錳干電池取得最好的放電性能，電池開路電壓2.24V，工作平臺(tái)電壓為1.5～1.7 V，正極材料利用率達(dá)62.33％。
　　 Mg-Li-Al合金電池具有較高的開路電壓和工作電壓，但放電時(shí)間較短，正極利用率較低，綜