強堿溶液中鉍、銦對鋅電極電化學行為的影響.pdf

1、金屬鋅由于具有資源豐富、平衡電位低、可逆性好、比能量和比功率高以及成本低、無環(huán)境污染等優(yōu)異性能，而被廣泛用作化學電源材料。尤其在堿性條件下，鋅電極的電化學性能十分優(yōu)越，長期以來為化學電源工作者所重視，已開展了大量的相關研究。本文在充分調研的基礎上，針對堿性電解質中鋅電極腐蝕和鈍化控制的關鍵問題，應用Tafel極化曲線，動電位掃描，循環(huán)伏安曲線、恒流放電曲線等各種電化學技術，并輔以掃描電鏡(SEM)等表面技術，比較系統地研究鋅在濃KOH溶

2、液中作為二次電池的負極材料的電化學行為，側重考察金屬Bi和In對鋅電極電化學行為的影響及作用機制，并初步探討鋅電極腐蝕和鈍化的機理及動力學規(guī)律。主要的研究結果如下： (1)金屬Bi具有較正的電位，添加金屬Bi使得鋅合金電極的腐蝕電位正移，陽極電流密度增大，從而提高了鋅電極的溶解活性。金屬Bi的添加還使得鋅電極達到鈍化的時間縮短，Bi的含量越高，達到鈍化的時間越短，這是由于添加金屬Bi可促進鋅電極的陽極溶解，使得在電極/溶液界面產

3、生較高濃度的鋅酸鹽，進而加速了鋅酸鹽在電極表面的沉積，當鋅酸鹽積累的濃度超過氧化鋅的溶解度時，便導致鋅電極的鈍化。還發(fā)現，金屬Bi的添加使得鋅合金電極的電流增加率明顯提高，從而促進鋅枝晶的生長。 (2)同樣發(fā)現，添加金屬In元素使得鋅合金電極的腐蝕電位正移，陽極電流密度增大，鋅陽極的溶解活性相應提高。鋅電極中添加金屬In可增加致鈍電流密度，提高電極的陽極活性，降低電極發(fā)生鈍化的可能性。在大電流放電時，添加金屬In可加速鋅合金電極

4、的表面鈍化，這是由于添加金屬In可提高鋅合金電極的陽極活性，陽極溶解加劇，使得在電極/溶液界面產生較高濃度的鋅酸鹽，加速鋅酸鹽在電極表面的沉積，進而引起鈍化。鋅銦合金發(fā)生陽極溶解后，In3+可與強堿溶液快速反應，生成In的氧化物或氫氧化物沉積在電極表面。鋅合金中的In含量越高，陽極溶解越嚴重，表面也越粗糙，而粗糙的表面有利于增加電極的表面積，提高鋅合金電極的陽極活性。恒電位極化實驗證明：添加金屬In不僅可提高合金電極的陰極極化，改變電極

5、表面電流密度的分布和電極表面薄液層中Zn(OH)42-的分布，而且還可提高鋅合金電極的沉積過電位，使得金屬鋅更傾向于樹枝狀沉積，形成枝晶的生長。 (3)金屬Bi和In具有較正的電位，添加金屬Bi和In后可使鋅合金電極的腐蝕電位正移，陽極溶解活性提高，其中Zn+0.02％Bi+0.02％In合金電極的腐蝕電位最正。當金屬Bi和In的含量超過0.05％時腐蝕電位發(fā)生負移。鋅電極中添加金屬Bi和In可增加致鈍電流密度，提高電極的陽極活

6、性，降低電極發(fā)生鈍化的可能性，其中Zn+0.02％Bi+0.02％In合金電極的影響最明顯。在大電流放電時，添加金屬Bi和In可加速鋅合金電極的表面鈍化，這是由于添加金屬Bi和In可使鋅合金電極的陽極活性提高，陽極溶解加劇，使得在電極/溶液界面產生較高濃度的鋅酸鹽，加速鋅酸鹽在電極表面的沉積，進而引起鈍化。實驗表明，當Bi和In含量超過0.05％時，鈍化時間延長，這可能是因為金屬Bi和In的協同效應，當含量較低時可形成良好的合金膜，當含