鋁在堿性介質(zhì)中的腐蝕與電化學(xué)行為.pdf

1、鋁因?yàn)榫哂斜热萘看?、電極電位負(fù)、環(huán)境友好和儲(chǔ)量豐富等優(yōu)異特性，被視為極具潛力的化學(xué)電源陽(yáng)極材料。在幾個(gè)被開(kāi)發(fā)的鋁基電池體系中，堿性鋁基電池顯示了良好的放電性能，特別是其高速率放電性能。然而，在堿性溶液中鋁陽(yáng)極自放電嚴(yán)重，并伴隨大量氫氣的產(chǎn)生。鋁陽(yáng)極嚴(yán)重的自腐蝕不僅導(dǎo)致其放電容量的大幅下降，而且由于氫氣的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致其使用過(guò)程中的安全問(wèn)題。這是堿性鋁基電池商業(yè)化應(yīng)用必須解決的問(wèn)題。本文系統(tǒng)研究了鋁電極在新型電解質(zhì)一氫氧化鉀甲醇溶液中的腐蝕和

2、電化學(xué)行為，進(jìn)而探究了一些典型添加劑的影響規(guī)律。此外，還對(duì)鋁陽(yáng)極在氫氧化鉀—離子液體—水電解液體系中的電化學(xué)行為進(jìn)行了探索。
　　 在本文第一和第二章中，綜述了各種鋁基電池的發(fā)展概況，并介紹了純鋁和鋁合金陽(yáng)極的腐蝕電化學(xué)研究進(jìn)展，主要包括腐蝕反應(yīng)機(jī)理和緩蝕劑的發(fā)展概況等。然后，簡(jiǎn)要地介紹了論文的總體研究思路和相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法。
　　 在第三章中，研究了鋁電極在堿性甲醇溶液中的腐蝕和電化學(xué)行為。集氣實(shí)驗(yàn)表明，與相應(yīng)的水溶液體系

3、相比，鋁陽(yáng)極在堿性甲醇溶液中顯示較低的腐蝕速率；隨著電解液中水含量的增加，腐蝕速率增大。電化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在含有適量水的堿性甲醇溶液中，鋁陽(yáng)極在很寬的電化學(xué)窗口內(nèi)具有良好的電化學(xué)活性，且顯示了較佳的恒流放電性能。以較大的電流密度放電一段時(shí)間后，因表面形成致密的Al(OH)3沉積層，鋁陽(yáng)極出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象。
　　 在第四章中，作者主要應(yīng)用電化學(xué)阻抗譜方法研究了純鋁在堿性甲醇溶液中的電化學(xué)溶解行為。提出了分別基于等效電路模型和電極反應(yīng)

4、動(dòng)力學(xué)的電化學(xué)阻抗模型，推導(dǎo)出了分別以等效電路元件和電極反應(yīng)的狀態(tài)變量的偏導(dǎo)數(shù)表示的法拉第導(dǎo)納表達(dá)式，進(jìn)而從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中解出了狀態(tài)變量和各基元反應(yīng)步驟的動(dòng)力學(xué)參數(shù)的數(shù)值。最后，依據(jù)前述電化學(xué)阻抗譜研究結(jié)果，討論了在堿性甲醇溶液中鋁陽(yáng)極溶解的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)機(jī)制。
　　 在第五章中，研究了ZnO和羥基色胺(HT)對(duì)鋁在含水量為40％的4mol—dm—3 KOH甲醇溶液中腐蝕和電化學(xué)行為的影響。在電解液中加入氧化鋅后，可以在鋁表面形成

5、具有較高析氫過(guò)電位的鋅保護(hù)層，從而有效降低鋁陽(yáng)極的自腐蝕；ZnO和HT的協(xié)同作用，可以改進(jìn)鋅的沉積質(zhì)量，進(jìn)一步降低鋁陽(yáng)極的腐蝕速率。在含有40％水、0.2 mol·dm—3 ZnO和1.0 mL·L—1HT的4 mol·dm—3KOH甲醇溶液中，鋁電極顯示了良好的恒流放電性能。
　　 在第六章中，通過(guò)集氣、動(dòng)電位極化曲線、恒流放電、掃描電鏡和X射線能譜等方法研究了錫酸鈉對(duì)鋁在含水量為20％的4 mol·dm—3氫氧化鉀甲醇溶液中

6、的腐蝕和陽(yáng)極溶解行為的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，錫酸鈉的添加通過(guò)具有較高析氫過(guò)電位的金屬錫在電極表面的沉積，極大地抑制了鋁在4 mol·dm—3氫氧化鉀甲醇溶液中的腐蝕；而由于在錫沉積層中裂紋的出現(xiàn)，導(dǎo)致較大濃度錫酸鈉的緩蝕作用有所降低。恒流放電結(jié)果表明，鋁在含有錫酸鈉的電解液中恒流放電性能明顯改進(jìn)，而且其放電性能隨著錫酸鈉含量的增大而逐漸提高。在20mA·cm—2的放電電流密度下，鋁陽(yáng)極在含有0.01 mol·dm—3錫酸鈉的電解液中顯示了

7、電位相對(duì)較低且較平坦的放電平臺(tái)。
　　 在本文的第七章，采用一種離子液體——四氟硼酸1—丁基—3—甲基咪唑(BMIMBF4)部分取代堿性溶液中的溶劑水，構(gòu)建了一種新型的KOH的水—離子液體混合溶劑電解質(zhì)溶液，進(jìn)而研究了鋁在該電解質(zhì)中的腐蝕和電化學(xué)行為。集氣實(shí)驗(yàn)顯示，鋁陽(yáng)極在KOH—BMIMBF4—H2O電解液體系中具有較低的腐蝕速率；隨著電解液中BMIMBF4含量的升高，腐蝕速率降低。電化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在KOH—BMIMBF4