氣體多孔電極的物理化學滲流研究.pdf

1、隨著科技的日益發(fā)展，學科交叉的研究對科技進步的推動顯得越來越重要。本文將滲流的理論知識應用到氣體多孔電極的研究中，在鋅空氣電池中研究氣體多孔電極的性能，從理論和實驗兩個方面探索電極高效放電的機理以及尋找制作高效電極的方法。理論工作完成了在氣液不同分布狀態(tài)下的多孔電極過電位分布數(shù)學模型，實驗工作設計了立式電極實驗，觀察到三相界面的變化過程。參與研究開發(fā)了電動自行車用鋅空氣動力電池，并且在研究過程中得到了設計鋅空氣電池調峰電站和研制呼吸式氣

2、體多孔電極的啟發(fā)。 本文的主要工作包括：第一，建立本文的理論基礎，以滲流理論中廣泛應用的飽和度分布概念為基礎，探索電極在液體電解質環(huán)境中的氣液分布規(guī)律。以單孔電極數(shù)學模型為參考，定義了三相分界線總長度概念，給出其計算方法；在此基礎上，給出多孔電極電流和過電位分布模型，以典型算例得出電極沿外表面法線方向的過電位分布規(guī)律，并對計算結果與理論分析進行了比較；本章的成果是在已有的電極單孔模型和飽和度分布概念的基礎上設計了多孔電極中多孔體

3、的氣液分布數(shù)學模型，有利于通過數(shù)值計算模擬多孔電極這一內(nèi)部復雜體系在參與電極反應時的各處電流貢獻和過電位分布，可為制造高效電極提供理論依據(jù)； 第二，通過在鋅空氣電池中設計使用片狀立式電極，增大了電極的縱向高度，探索氣體電極反應機理以及三相界面的形成過程，且能夠方便地觀察三相界面在反應進程中發(fā)生的四個明顯的形態(tài)變化；通過該章的研究獲得了電極反應時的穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)三相界面的宏觀變化，分析了其相應的微觀反應機理，突破了傳統(tǒng)的電極反應方式

4、無法直接觀察三相界面變化的弊端； 第三，設計研制了水平單面電極，通過電極的結構設計、加工工藝的改進以及與之相應的電池整體結構的設計，實現(xiàn)了鋅空氣動力電池的制作；電極的設計考慮了如何有效地防止液體滲漏以及從結構上實現(xiàn)盡可能多的有利于反應的三相界面；電池整體結構的設計考慮了工程上的實際應用，綜合了各種因素，特別是用在電動自行車上出現(xiàn)的密封、放電深度、機械式充電等問題得到了有效地解決，在比能量和能量密度兩個重要的技術指標上實現(xiàn)了國內(nèi)領

5、先； 第四，通過立式使用空氣電極的實驗，探索利用單片電極的拚接實現(xiàn)大電極和大的單電池的制作，在此基礎上設計了鋅空氣電池調峰電站的一整套運行機制；利用電極拚接技術可制造世界上最大的單電池，解決制作大面積電極的困難，實現(xiàn)鋅空氣電池調峰電站的運行；分離循環(huán)技術和原位還原技術可以保障燃料的供應，并且有利于實現(xiàn)電站調峰填谷功能，提高電站總體效率，這種調峰電站的應用綜合了電極制作的優(yōu)越性并且它的實現(xiàn)可以有效地緩解電力緊張； 第五，通