论文部分内容阅读
近年,随着便携式用具的增多和零排放的电动车辆的开发,人们都在寻找一种高能量密度的电池体系以满足其要求。锌空电池作为高效、洁净、绿色能源的新技术,具有容量大、比能量高、成本低、放电性能稳定、安全、零污染、大功率及材料可再生等特点,已成为当今世界能源领域的开发热点,是一种具有巨大市场前景的化学电源。 本文对锌空气电池进行了以下研究:空气电极的制作工艺优化、扣式电池的装配和圆柱型电池设计与装配。空气电极是锌空气电池性能的决定因素,锌空气电池技术基本上是随着空气电极的不断改进而提高的,本实验对空气电极的研究主要集中在催化剂MnO2制备条件优化方面,采用稳态极化测试方法考察了制备温度、载体碳粉的成分比例、载体活化处理和催化剂的含量对催化剂催化性能的影响。结果表明在下面条件下制作的空气电极性能最好:碳载体中热解温度270℃;活性炭:乙炔黑=9:1;硝酸活化处理;Mn(NO3)2含量为7.18%(占碳粉质量)。为了提高催化剂的性能,选择了醋酸铅、稀土作为添加剂,采用稳态极化和交流阻抗测试方法,结果表明:铅的氧化物、稀土La和Ce可作为MnO2催化剂的助剂来促进氧气还原反应的进行,醋酸铅添加7.5%时极化最小,在一般金属-空气电池的工作电流密度20~50mA/cm-2下,电位比单独MnO2催化剂可提升30~50mV。Ce添加效果好于La,其含量为10%时极化最小,一般金属-空气电池的工作电流密度20~50mA/cm-2下,电位比单独MnO2催化剂可提升30~60mV。对阻抗图谱分析后,采用两个Nernstian阻抗的等效电路进行了拟和,得到相关动力学数据。数据显示添加添加剂后减小了电化学极化阻抗和氧气扩散阻抗,提高了MnO2对氧气还原的催化活性。 扣式电池主要对锌阳极的结构进行了改善,采用将锌粉造粒的工艺,对不同种类锌粉放电测试,结果表明这种锌粉的结构对锌粉的利用率的提高有着积极的贡献,锌粉利用率最高可达90%。实验还根据R6型号的碱性锌锰电池的结构设计出空气电极在外,锌粉居中的圆柱型电池锌空气电池。同扣式电池一样装入粒状锌粉,放电测试表明锌粉利用率最高达80%左右,按照哈尔滨工程大学硕士学位论文R6型号电池的放电方式测试放电时间为19小时。