铝/空气电池氧电极的研究

来源 :中南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tanner007
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简要介绍了铝/空气燃料电池、空气氧电极、空气电极催化剂、防水透气层以及电解液的研究现状和存在的问题。通过测定极化曲线和放电曲线研究了催化剂含量、催化层中乙炔黑含量、催化层中PTFE含量和催化剂掺杂对空气电极性能的影响。通过差热分析确定了制备锰氧化物的最佳分解温度;以X射线衍射(XRD)为手段分析了起催化作用的锰系氧化物的结构;通过粒度分析研究了催化剂的颗粒大小;通过比表面分析研究了自制催化剂的吸附性能。对于防水透气层,通过测定极化曲线研究了防水层中PTFE含量、造孔剂的选择对电极性能的影响,由扫描电镜(SEM)研究了以不同造孔剂得到的电极的表面形貌。初步研究了不同电解液对电池放电性能的影响。 实验发现,在催化层中,电极载体用活性炭和乙炔黑,乙炔黑的加入量为催化层总质量的10%;催化剂最佳含量为30%;PTFE最佳含量为20%。在催化剂制备过程中掺杂NiSO<,4>或者La<,2>O<,3>可以明显的提高电极的电化学性能。通过XRD图谱可以发现:自制的催化剂颗粒含有有利于催化活性的晶体。通过粒度分析可以发现含催化剂的载体颗粒粒度较小,大多在10μm以内。比表面分析结果显示含催化剂的载体颗粒比表面积达到354.28m<2>/g,吸附功能很强,能够提供极大的与氧接触反应的空间,提高氧还原的速率。 防水层中,聚四氟乙烯含量为60%时膜的内阻小,成膜性好。丙三醇做为溶剂型造孔剂,当其与载体质量比2:1时,电压始终保持在1.1V以上,曲线平稳。酸溶型造孔剂ZnO,当ZnO与载体比达到2:1时,电极性能最佳。热解型造孔剂草酸铵,当其与载体的质量比为3:1时电极性能最佳。Na<,2>SO<,4>是水溶型造孔剂,Na<,2>SO<,4>与载体比例2:1时电池电压较高。从丙三醇、Na<,2>SO<,4>、(NH<,4>)<,2>C<,2>O<,4>、ZnO这4种造孔剂的选择实验中,得出采用热处理方式造孔的草酸铵性能最好,与载体的质量比为3:1。 氧电极选用[催化层/导电网/防水透气层]的结构。选用泡沫镍作为导电骨架。以具有较高电化学当量的纯铝作为空气电池的阳极材料。在碱性电解液,盐性电解液以及固体电解液的比较中发现,碱性电解液有明显优势,无Al(OH)<4><->的沉淀问题,简化了空气电池的设计过程,因此选择KOH溶液作为空气电池的电解液。
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