导　　师： 李伟善

学科专业： H0501

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 锌由于具有独特的优点被广泛用作碱性电池的负极材料，但碱性锌电池都存在负极自放电及可充性差等问题，汞在过去成为解决这些问题的有效添加剂。出于环保的考虑汞逐渐被其他含铟添加剂取代，但人们对铟在KOH溶液中的电化学行为知之甚少，对铟的使用也比较单一，铟的价格上涨很快。因此，开发廉价、环保和高效的代汞、代铟添加剂已成为碱性锌电池发展的新挑战。本文明确了铟在KOH溶液中的电化学行为，提出了几种使用铟的新方法，开发了几组极具应用前景的代汞、代铟新型复合缓蚀剂并初步明确了其缓蚀机理。研究结果显示：（1）铟的阴极行为主要受电化学反应步骤控制。活化区铟的阳极氧化属于溶解-沉积机理，较低电位下，表现为一电子反应，较高电位下，表现为三电子反应，生成在碱液中会发生溶解的[In（OH）₃]_ad。第二个阳极峰是OH-透过电极表层[In（OH）₃]_ad与基体铟氧化为In₂O₃的结果，但低电位下的钝化膜是[In（OH）₃]_ad和In₂O₃的混合物，较高电位下则几乎完全为In₂O₃，第二个阳极峰形成的钝化膜也会发生溶解。（2）探讨了两种镀铟方法，无论是在锌表面化学镀铟还是电化学镀锌铟合金都简单易行。锌表面化学镀铟有效抑制锌自腐蚀共轭反应的两支，镀In层越厚，抑制作用越明显。厚度适中的镀铟层在锌的活化初期能提高它的活性，扩大其活化电位区间，推迟其钝化电位，减小其钝化电流，极大地提高了锌的可充性能，这在二次锌电池中的应用很有意义。电镀锌铟合金，镀时越长，合金中的铟含量越高。电镀锌铟合金能有效提高锌表面的析氢过电位，增大锌阳极极化电阻，抑制锌自腐蚀共轭反应的两支。适量的铟含量能有效改善锌的放电性能，扩大其活化电位区间，提高放电容量，推迟阳极钝化，提高锌的充放电性能，但铟含量过高却会抑制锌的正常放电及其充放电性能。（3）开发研究新型无汞化扣式锌锰电池技术，在不影响电池性能、不增加成本而且环保的前提下，对负极集流体进行表面处理，采用锌部分取代铟，通过反应结合成Zn-In化合物或合金到集流体铜表面，制备出了一种性能良好的高氢过电位材料，有效地抑制了电池气胀。（4）咪唑（IMZ）和聚乙二醇600（PEG600）能在一定程度上抑制锌腐蚀。IMZ主要是通过抑制锌的阳极氧化，而PEG600主要是通过抑制阴极析氢反应来抑制锌的腐蚀。由IMZ和PEG600组成的复合添加剂在抑制锌腐蚀方面发生了协同效应，协同效应主要是由两者结构上的差异造成的：IMZ是环状结构而PEG600是链状结构，IMZ通过N原子而PEG600通过O原子与锌结合，提出了复合添加剂在锌表面的吸附模型。IMZ和PEG600在碱性锌电池中作为汞的替代添加剂不仅能提高抑制锌腐蚀的效率，而且能提高电池的放电性能。（5）PEG600或Tween20通过抑制锌电极表面的析氢反应在一定程度上抑制锌腐蚀。由PEG600和Tween20组成的复合添加剂对抑制锌腐蚀存在明显的协同效应。Tween20的极性强于PEG600，因此它优先吸附在锌电极的表面，但它由于结构的多枝性而不能将锌表面完全覆盖，线性的PEG600则能吸附在锌表面剩余的活性位点上，提出了复合添加剂在锌表面的吸附模型。由PEG600和Tween20组成的复合添加剂有望在碱性锌电池中作为代汞添加剂。

关 键 词： 锌 碱性锌电池 代汞技术 添加剂 协同效应

分 类 号： [TM911]

领　　域： [电气工程]