堿性膠體電解質(zhì)中添加劑對(duì)鋁性能的影響

余祖孝1,郝世雄1,陳昌國(guó)2

(1四川理工學(xué)院材料與化學(xué)工程系,四川自貢　643000;2重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,重慶　400044)

摘要:用電化學(xué)方法研究了在“4mol/LKOH+20%聚丙烯酸(PAA)”中,添加劑聚乙烯醇(PVA)和Na3PO4對(duì)鋁陽(yáng)極電化學(xué)性能的影響。當(dāng)添加2%PVA或8%Na3PO4添加劑時(shí),剛好能使“4mol/LKOH+20%PAA”成為膠體。與“4mol/LKOH+25%PAA”膠體電解質(zhì)相比,鋁的腐蝕電流密度和極化程度降低,開路電位負(fù)移,電導(dǎo)率和放電時(shí)間增加。8%Na3PO4對(duì)鋁的電化學(xué)性能改善比2%PVA更加明顯。

關(guān)鍵詞:鋁陽(yáng)極;　堿性膠體電解質(zhì);　添加劑;　電化學(xué)性能

中圖分類號(hào):TM91141　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A　　文章編號(hào):1001-1579(2006)03-0214-02

酸性的膠體鉛蓄電池的特點(diǎn)[1],引起了人們很大的興趣,但堿性膠體電解質(zhì)的研究報(bào)道較少。鋁空氣電池有許多優(yōu)點(diǎn)[2],25%的聚丙烯酸(PAA)剛好能使4mol/LKOH生成膠體,且鋁的腐蝕小,但與自由堿溶液相比,鋁陽(yáng)極的極化程度增大[3],因?yàn)镻AA的含量影響電解質(zhì)擴(kuò)散,故應(yīng)減小其含量。本文作者將PAA濃度降到2%,用聚乙烯醇(PVA)和Na3PO4作添加劑,對(duì)鋁陽(yáng)極在堿性膠體電解質(zhì)中的性能進(jìn)行了研究。

1　實(shí)驗(yàn)

電極:①研究電極為鋁(99999%,Ф100mm),將其一端表面裸露,其余用環(huán)氧樹脂密封,分別用1200號(hào)、2000號(hào)、3000號(hào)金相砂紙打磨,然后用乙醇除油;②輔助電極為石墨;③參比電極為HgO/Hg,4mol/LKOH。試劑:KOH、Na3PO4(AR),PAA、PVA(工業(yè)品)。儀器:用LK98BⅡ(天津產(chǎn)),測(cè)量鋁陽(yáng)極的線性掃描伏安曲線(1mV/s)、Tafel曲線(1mV/s)、電位變化曲線以及開路電位Eocp;用CHI660A(美國(guó)產(chǎn))測(cè)量堿性膠體電解質(zhì)的電導(dǎo)率。實(shí)驗(yàn)溫度為30℃。

2　結(jié)果與討論

21　添加劑PVA的影響

211　腐蝕性能

圖1為Al在“4mol/LKOH+2%PAA+x%PVA”中的Tafel曲線。

顯然:①隨著PVA含量的增加,鋁的腐蝕電流密度降低,這是因?yàn)楦叻肿覲VA對(duì)氫陰極還原時(shí)水的擴(kuò)散有阻礙作用,鋁電極的自放電會(huì)明顯減小;②剛成為膠體時(shí),膠體電解質(zhì)“4mol/LKOH+2%PAA+2%PVA”的腐蝕速度(Jcorr=475mA/cm2)小于膠體電解質(zhì)“4mol/LKOH+25%PAA”(Jcorr=509mA/cm2),如表1所示。

212　極化程度及開路電位

在“4mol/LKOH+2%PAA”溶液中,隨添加劑PVA含量的遞增,鋁的極化程度增大(見圖2a)。

這可能是高分子添加劑使K+和OH-的電遷移將變得困難,但添加量過(guò)小將影響膠化。剛好使“4mol/LKOH+2%PAA”溶液成為膠體時(shí)PVA的最佳濃度為2%;同時(shí)PVA使鋁的開位電位都負(fù)移,且鋁在“4mol/LKOH+2%PAA+2%PVA”中的開路電位負(fù)移程度最大(見表1)。

213　電導(dǎo)率及電位變化

膠體電導(dǎo)率隨PVA含量的遞增而降低(見表1);同時(shí),剛好成為膠體(“4mol/LKOH+2%PAA+2%PVA”)時(shí)的電導(dǎo)率比“4mol/LKOH+25%PAA”膠體的電導(dǎo)率要大。

J=75mA/cm2時(shí),PVA對(duì)鋁電位的影響見圖3。PVA能改善膠體電解質(zhì)的性能,鋁的電極電位較負(fù)。

22　添加劑Na3PO4的影響

221　腐蝕性能

添加劑Na3PO4對(duì)Al腐蝕速度的影響(在“4mol/LKOH+2%PAA”中)見表1。

顯然:①隨著Na3PO4含量的增加,則鋁的腐蝕電流密度降低;②當(dāng)剛生成膠體時(shí),8%Na3PO4膠體電解質(zhì)(“4mol/LKOH+2%PAA”)的腐蝕速度(Jcorr=512mA/cm2)與25%APP膠體電解質(zhì)(4mol/LKOH)(Jcorr=509mA/cm2)幾乎相等。

222　極化程度及開路電位

隨Na3PO4含量的遞增,鋁的極化程度增大(4mol/LKOH+2%PAA)(見圖2b)。這可能是隨著Na3PO4增加,其吸附K+和OH-的能力增強(qiáng),但是添加量過(guò)小將影響膠化。使“4mol/LKOH+2%PAA”溶液成為膠體時(shí)的最佳濃度為8%;同時(shí)Na3PO4使鋁的Eocp都負(fù)移,Al在“4mol/LKOH+2%PAA+8%Na3PO4”中的Eocp負(fù)移程度最大(見表1)。

223　電導(dǎo)率及電位變化

Na3PO4含量遞增而膠體電導(dǎo)率降低(表1),使“4mol/LKOH+2%PAA+8%Na3PO4”成為膠體時(shí)的電導(dǎo)率比無(wú)添加劑時(shí)要大。J=75mA/cm2時(shí),Na3PO4對(duì)鋁電位的影響見圖3。在膠體電解質(zhì)中Na3PO4能改善Al陽(yáng)極性能,提高鋁的放電性能。

表2是不同添加劑對(duì)Al陽(yáng)極電化學(xué)性能的影響。

含2%PVA、8%Na3PO4添加劑的膠體電解質(zhì)(“4mol/LKOH+2%PAA”)在極化程度(見圖2)、開路電位及電極電位負(fù)移、放電時(shí)間等方面均比無(wú)添加劑(“4mol/LKOH+25%PAA”)時(shí)有較明顯提高。Na3PO4的效果較好。

3　結(jié)論

分別添加2%PVA和8%Na3PO4,剛好能使“4mol/LKOH+20%PAA”成為膠體,與“4mol/LKOH+25%PAA”膠體電解質(zhì)相比,鋁的電化學(xué)性能有較大提高;此外,8%Na3PO4對(duì)鋁的電化學(xué)性能改善比2%PVA更加明顯。