鋅空電池多孔氣體擴(kuò)散電極內(nèi)液體界面運(yùn)動(dòng)規(guī)律.pdf

1、電池在當(dāng)今社會(huì)發(fā)揮著重要作用，其中鋅空電池因其大容量無(wú)污染等諸多優(yōu)勢(shì)得到廣泛關(guān)注。鋅空電池的氣體擴(kuò)散電極作為氧氣的反應(yīng)場(chǎng)所是鋅空電池的關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前主要使用的氣體擴(kuò)散電極是孔徑尺度在1微米左右的多孔介質(zhì)，氣體擴(kuò)散電極在高電流密度條件下工作時(shí)，電流密度又主要由空氣、電解液和電極材料共同組成的氣液固三相交界線處提供。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，做出了以下四個(gè)方面的創(chuàng)新研究工作:
　　1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定了泡沫鎳骨架氣體擴(kuò)散電極浸液質(zhì)量與放電伏

2、安曲線和峰值功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)電極放電性能變化可以分為三個(gè)階段:干燥氣體擴(kuò)散電極開始工作后放電性能先小幅增加，在浸液2小時(shí)后達(dá)到最佳性能，2-24小時(shí)，峰值功率逐漸衰減到剛開始的75％，總體尚處在可有效工作水平;24小時(shí)后，放電性能隨浸液量增加快速下降，直到96小時(shí)后基本不再衰減，此時(shí)峰值功率只有最開始的27％;同時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)電極浸液量變化規(guī)律近似一條對(duì)稱軸為時(shí)間軸的二次曲線，并通過(guò)推導(dǎo)圓柱形單管中電解液在毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)下的推進(jìn)過(guò)程，得到電

3、解液界面在單管中推進(jìn)的近似規(guī)律，二者對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與近似理論推導(dǎo)的單管中液體變化規(guī)律一致，
　　2.通過(guò)將氣體擴(kuò)散電極電鏡照片網(wǎng)格化，轉(zhuǎn)化成四通道二維拓?fù)渚W(wǎng)格，通過(guò)數(shù)值模擬近似描述了電解液界面在多孔電極中的推進(jìn)過(guò)程。發(fā)現(xiàn)電解液界面推進(jìn)過(guò)程中，形成的氣液固三相交界線總長(zhǎng)度也會(huì)經(jīng)過(guò)先增長(zhǎng)再逐漸縮短的過(guò)程，與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一致，從而對(duì)電極放電性能變化規(guī)律作出合理解釋，認(rèn)為電極放電性能和氣液固三相交界線總長(zhǎng)度直接相關(guān)。
　　3.

4、通過(guò)改變電極骨架結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電解液主要沿著電極骨架快速推進(jìn)。因此，從骨架結(jié)構(gòu)入手初步設(shè)計(jì)了壓皮電極和疏水化預(yù)處理骨架表面的兩種電極，有效的減緩了電解液界面推進(jìn)過(guò)程，但由于導(dǎo)電性下降等原因，導(dǎo)致放電性能有所下降。該方向探索處于起步階段，繼續(xù)深入研究有望得到放電性能更好，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的氣體擴(kuò)散電極。
　　4.通過(guò)采用一種數(shù)字圖像的處理方法，將氣體擴(kuò)散電極內(nèi)部各材料分布規(guī)律和連通性規(guī)律可視化。了解了由多種粉末狀材料按一定配比比例混合