鋁負極在含Cl-介質(zhì)中緩蝕劑及緩蝕機理研究.pdf

1、鋁-空氣電池擁有比能量高、能源清潔及負極材料來源豐富等優(yōu)點,使得它在很多領(lǐng)域中都有很好的前途。然而制約著鋁-空氣電池發(fā)展的一個重要因素是鋁負極的自身腐蝕相當嚴重,這一問題不僅造成了鋁材的浪費,也影響了電池的比能量。
　　本文就航海領(lǐng)域中所應(yīng)用到的鋁-空氣電池中鋁負極的非放電腐蝕問題為研究對象,在以3.5wt.％NaCl溶液為電池的電解質(zhì)的體系中,利用開路電位-時間曲線(OCP)、極化穩(wěn)態(tài)曲線(Tafel)選出合適的緩蝕劑以減少鋁負

2、極的非放電腐蝕,并利用電化學(xué)阻抗(EIS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜分析(EDS)以及X射線光電子能譜儀(XPS)等研究緩蝕劑的緩蝕機理以及緩蝕劑在鋁電極表面的成膜形貌,同時也將新型研究腐蝕機理的電化學(xué)噪聲(EN)測試方法引入作為研究手段之一。
　　將偏釩酸鈉和油酸鈉按一定比例復(fù)配后,所得復(fù)配緩蝕劑緩蝕效率較高,且不會影響鋁-空氣電池的放電性能。在20℃時,總緩蝕劑濃度為0.5g/L,油酸鈉和偏釩酸鈉質(zhì)量濃度為1:2,電解質(zhì)

3、溶液的pH值為8.0～8.5時復(fù)配緩蝕劑的緩蝕效率可達82.93%。Tafel和EIS分析了復(fù)配緩蝕劑的緩蝕類型,結(jié)果表明復(fù)配緩蝕劑對陰極過程有很強的抑制作用,且對陽極過程的抑制也較強。浸泡實驗結(jié)合EIS測試結(jié)果表明緩蝕劑的機理為:在緩蝕初期,油酸鈉優(yōu)先吸附在鋁負極表面,形成一層油酸鈉疏水膜,偏釩酸鈉協(xié)同緩蝕使得保護膜更加致密;隨著緩蝕時間變長,油酸鈉吸附膜遭Cl-破壞,緩蝕效率第一次降低;隨著吸附膜的破壞嚴重,釩酸根離子穿透吸附膜對鋁

4、負極進行鈍化作用,修復(fù)了吸附膜使得緩蝕效率再次增大;當浸泡時間達10d后,復(fù)配緩蝕劑逐漸失效,緩蝕效率第二次降低。等效電路及鋁電極體系表面模型支持了該成膜理論。SEM-EDS和XPS測試共同驗證了復(fù)配緩蝕劑的緩蝕機理。
　　Tafel測試表明復(fù)配緩蝕劑合適的濃度為0.4g/LC17H35COONa+0.4g/LNaVO3。OCP和Tafel測試表明引入0.0225mL/L的op乳化劑的復(fù)配緩蝕劑的緩蝕效率明顯提高,可達87.46%