扣式锌空气电池若干应用基础问题研究

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为了解决一次锌空气电池存在的爬碱漏液、长期贮存难以及生产效率低等关键技术难题,促进其实现实用化和产业化,本文对空气扩散电极的膜结构和生产工艺,以及水分交换对锌空气电池电性能的影响等,进行了较系统深入的探索和研究。采用糊化电解液的方法来解决电池的漏液爬碱问题,以及成功地将多孔锌电极代替传统的锌膏制备成干荷电式锌空气电池来解决电池长期贮存过程中的自放电和漏液爬碱问题。研究所得的主要结果和结论如下: 1)单层膜空气扩散电极透气性能最好;在相同的极化电位下,单层膜电极E1的极化电流密度最大;三层膜空气扩散电极具有最优的防漏液性能;双层膜电极E2有较好的透气性、较高的放电电流密度和良好的防漏液性能,以及具有最高的平均工作电压和最长的放电时间。 2)0.25mm厚的单层膜空气扩散电极的极化电流最大;控制烧结温度为380℃时空气扩散电极的极化电流最大;选择4个气孔在圆形电池壳底部按照正方形排布时,A675型扣式锌空气电池恒阻放电时间达到213h;A675型扣式锌空气电池在存放15天和30天后的放电时间分别下降了6.4%和11.6%。 3)取7ml浓度为25mg/ml的聚全氟乙丙烯的丙酮溶液,涂覆透气层所得的透气膜,吸水速度降为空白透气膜吸水速度的18.0%,极限电流降至空白透气膜极限电流的32.6%,氧气和水蒸气的分离系数(即极限电流与吸水速度的相对比率)达到1.8;但由涂覆聚全氟乙丙烯的透气膜组装而成的AA型锌空气电池的放电容量和平均工作电压都降低较多。 4)透气层上涂覆聚二甲基硅氧烷溶液后,吸水速度降为空白透气层吸水速度的25.6%,极限电流降至空白透气层极限电流的54.0%,氧气和水蒸气的分离系数可达到2.1;而随着涂覆层的增厚,吸水失水速度减慢相当明显,但极限电流也急剧下降;由涂覆一层聚二甲基硅氧烷膜透气层制成的空气扩散电极所装配的AA型锌空气电池在干燥环境和在潮湿环境中,都大大提高了电池的放电寿命,锌电极的利用率明显提高。 5)糊化电解液对电池的防漏液能起到一定的作用,但是由于糊化电解液降低了离子的导电能力,所以造成了放电电流密度减小,平均工作电压降低,电池放电容量也只能达到传统锌空气电池放电容量的65%左右。 6)由活性锌粉干压成型的多孔锌电极代替传统的锌膏作为负极所制成的干荷电式锌空气电池,大大地提高了锌电极的有效利用率和电池的电化学性能。
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