鋅空氣電池之氣體擴(kuò)散電極性能研究.pdf

1、鋅空氣電池憑借其自身能量密度高、輸出功率大、價(jià)格低廉、安全無(wú)污染等特點(diǎn)成為動(dòng)力電源的首選。氣體擴(kuò)散電極是鋅空氣電池的能量轉(zhuǎn)換器，其性能的優(yōu)劣制約著鋅空氣電池的發(fā)展。氣體擴(kuò)散電極的性能包括將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能力(簡(jiǎn)稱放電性能)和電極的循環(huán)使用壽命。本文主要致力于提高氣體擴(kuò)散電極輸出功率和延長(zhǎng)電極循環(huán)使用壽命方面的研究，并借助數(shù)學(xué)模型模擬氣體擴(kuò)散電極的工作機(jī)理。
　　 本文的主要工作包括：第一、提高氣體擴(kuò)散電極放電性能，包括測(cè)試氣

2、體擴(kuò)散電極催化層位置特征，催化層組分材料功能，以及優(yōu)化催化層材料之間的配比；從制約氣體擴(kuò)散電極輸出功率的因素出發(fā)，通過(guò)增加氣體擴(kuò)散電極比表而積和催化劑的催化能力提高電極輸出功率。第二，探索了引起擴(kuò)散電極性能衰退的原因，確定了導(dǎo)致電極性能衰退的主要因素，以及該因素導(dǎo)致電極性能衰退的機(jī)理。第三，結(jié)合氣體擴(kuò)散電極中氧氣在二氧化錳催化作用下的還原機(jī)理以及物質(zhì)傳輸過(guò)程，建立氣體擴(kuò)散電極數(shù)學(xué)模型。取得的主要進(jìn)展和成果如下：
　　 1)測(cè)試了

3、催化層位置對(duì)氣體擴(kuò)散電極放電性能的影響，以及材料活性炭、乙炔黑、石墨、MnO2、PTFE各自在催化層添加量發(fā)生變化時(shí)對(duì)氣體擴(kuò)散電極放電性能的影響。根據(jù)使用材料的性質(zhì)確定了氣體擴(kuò)散電極催化層材料配比。
　　 2)通過(guò)增加電極比表面積和降低電極活化極化過(guò)電位來(lái)提高氣體擴(kuò)散電極輸出功率。具體包括在制作過(guò)程中對(duì)粘結(jié)劑PTFE經(jīng)過(guò)乙醇預(yù)處理；將氣體擴(kuò)散電極經(jīng)過(guò)不同的溫度熱處理；在氣體擴(kuò)散電極制作過(guò)程中添加造孔劑；采用新方法制作氣體擴(kuò)散電極

4、雙催化劑共同催化體系。
　　 3)由氣體擴(kuò)散電極在使用過(guò)程中呈現(xiàn)的現(xiàn)象出發(fā)，設(shè)計(jì)一系列實(shí)驗(yàn)，探索引起氣體擴(kuò)散電極性能衰退的原因。結(jié)果顯示在氣體擴(kuò)散電極工作過(guò)程中電解液遷移是造成電極性能哀退的主要原因。根據(jù)電解液遷移的特征，探索了導(dǎo)致電解液遷移的動(dòng)力，以及電解液遷移造成電極性能衰退的機(jī)理。
　　 4)考慮到氣體擴(kuò)散電極多孔結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，對(duì)其進(jìn)行合理簡(jiǎn)化。結(jié)合電極中二氧化錳催化劑作用下的氧氣還原機(jī)理以及物質(zhì)傳遞過(guò)程，建立數(shù)學(xué)