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本论文简要介绍了锌电极的概况,总结了锌基电池的类别和特点以及二次锌电极存在的问题与解决途径,着重阐述了锌负极活性材料ZnO的研究现状。
论文中用络合沉淀法,首次系统地研究了以柠檬酸钠混合二乙醇胺水溶液为反应底液,用HL-2型恒流泵采用双向并加法,不断滴加锌盐和苛性碱溶液制备电池级ZnO的工艺方法。研究结果表明:
在硝酸锌体系中,用摩尔比5:1的KOH/LiOH混合碱作为沉淀剂,底液中加入适量的溶剂(乙醇,乙二醇,丙三醇,N-甲基吡咯烷酮)或者表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠,聚乙二醇-6000)可以制备高振实密度的ZnO。
而硫酸锌体系正交实验显示,溶剂分别与乙醇胺,三乙醇胺,氨水,乌洛托品共同混合时会降低制备的氧化锌振实密度,至于其中的影响机制尚不是很清楚。
针对四种不同的锌源体系发现在70℃以上,使Zn2+/柠蒙酸钠的摩尔比控制在11.8到25.8,反应底液中加入约15mL的二乙醇胺,以0.8mL/min的滴速同时滴加锌盐和苛性碱溶液,都可以制备出高密度的ZnO。
随着反应温度的提高制备的氧化锌的振实密度增大,水浴温度≥70℃时可以制备振实密度大于2.0 g/mL的氧化锌。在70℃反应完全后陈化18h制得的ZnO样品它的振实密度增加不大,当然温度升高陈化时间会相应缩短。反应温度在80℃时发现C(Zn2+)≤1.0 mol/L时制备的氧化锌振实密度最大。制备高密度的氧化锌过程中,适宜的pH范围在9.49-11.35。
以不同的锌源制备的氧化锌其形貌类似花或者不规则石子形。它们的粒径主要分布在25-35μm之间。以硫酸锌、醋酸锌、氯化锌和硝酸锌所制氧化锌其比表面积分别是8.670、7.267、25.456和10.463 m2/g,这比工厂采用的医药级氧化锌(7.081 m2/g)和实验室购买的商品氧化锌(4.634 m2/g)的比表面积要大。
论文简单分析了柠檬酸钠和二乙醇胺共同作用对制备高密度的氧化锌的生长机制的影响,同时探讨了不同锌源,浓度,沉淀剂,陈化时间,溶剂以及表面活性剂对氧化锌的影响。
使用X射线衍射法(XRD)测试、红外光谱(IR Spectrum)、扫描电子显微镜(SEM)对材料进行了表征;使用振实密度和BET比表面积测定仪测定了氧化锌的物性;不同温度下在新威恒流充放电仪对组装的实验电池进行电化学性能的测试。经测试后发现以硝酸锌和氯化锌所制氧化锌的电化学循环性能最好,30℃下以0.2 C倍率恒流充放电循环20周后放电比容量分别是589和570 mAhg-1,这很可能与样品的较大的比表面积以及均匀的形貌分布有关。硝酸锌、醋酸锌、硫酸锌和氯化锌它们与碱液反应均是一阶反应,形成氧化锌对应的成核速率常数值K1分别是0.057,0.054,0.054和0.094 min-1,而以硝酸锌和氯化锌为锌源制备的氧化锌具有更出色的放电性能,这似乎对应硝酸锌和氯化锌的相对较大些的晶核形成速率常数K1值。这表明成核阶段形成的起始成核形貌似乎应该对氧化锌的电化学活性有着至关重要的作用。