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1、前言
电极析氢是制备过程中比较头疼的事情,很多研究者都想办法减少氢气的析出,使用的方法是主要有锌汞齐工艺,但是汞对环境污染严重,对人体毒害极大,为此多种汞的替代物被寻找,如有机表面活性剂,铅、铟、锡等无机氧化物,还有氟化物,有机酸,碳酸盐。在碱性体系中添加碳酸钾及骨架上镀铅,效果较好。
2、实验
2.1材料及工艺
阳极材料:锌锭或锌板。阴极材料:60目紫铜网或黄铜网。
电解液:以浓度为10M的苛性碱中,加入一定量的氧化锌,或加入碳酸钾。
2.2分析测定
CT-3008W-5V-30Ma-3A-S1型新威高精度电池性能测试系统测定电池的放电性能。采用两片正极对一片负极。以氢氧化镍为正极,已一定浓度的氢氧化钠为电解液,放电电流密度为180mA/cm2,放电截止电压为1.1v,电池放入电解液5-10s内开始测试。
3、结果与讨论
3.1改进后的体系放电性能测试
3.1.156%MKOH+0.5MZnO体系
以细密黄铜网与紫铜网为阴极基体,阳极为两等同面积的锌箔。制备的锌粉做放电测试,放电电流密度为180mA/cm2,截止电压为1.0v,结果见表1。
该体系在180mA/cm2电流密度下,沉积锌粉时,存在析氢现象。从图中看,在同一电流密度下,电沉积时间越长,锌粉的利用率越低,这是由于锌电极片较厚,电解液难以渗透极片内部。从上表看,电沉积10分钟利用率比其他时间都高,且置换铅比不置换铅利用率要高,置换铅以后,电压平台也有所提高。可以得出,紫铜网做基体比黄铜网的利用率要高。
3.1.2电池电解液浓度的比较
两种结果见于表2。
从上表看,装配比同为80%时,极板间距较大,电解液浓度为45%的电流效率较小,放电时间也短。装配比同为85%时,极板间距较小,电解液浓度为45%的电流效率较大,放电时间也短,这是因为反应容器小,两极板间溶液匮乏,两极的离子不需要像大容器那样运动较长距离传递电荷,此时离子数多少的影响要大于其迁移速率的影响。综合考虑极板间距和电解液浓度的影响,最终选择低浓度低装配比。
4、结论
从电沉积的电流效率、电镀极片放电时间,放电电压平台高低以及放电过程中电极片的析氢反应程度合电极片活性物质利用率高低等多方面综合考虑,56%MKOH+0.5MznO的置换铅体系为较好沉积锌电极片的体系,在放电电流密度180mA/cm2的条件下且快速激活,我们能做到10分钟以上,电压平台较好。
(作者单位:河南省疾病预防控制中心)
电极析氢是制备过程中比较头疼的事情,很多研究者都想办法减少氢气的析出,使用的方法是主要有锌汞齐工艺,但是汞对环境污染严重,对人体毒害极大,为此多种汞的替代物被寻找,如有机表面活性剂,铅、铟、锡等无机氧化物,还有氟化物,有机酸,碳酸盐。在碱性体系中添加碳酸钾及骨架上镀铅,效果较好。
2、实验
2.1材料及工艺
阳极材料:锌锭或锌板。阴极材料:60目紫铜网或黄铜网。
电解液:以浓度为10M的苛性碱中,加入一定量的氧化锌,或加入碳酸钾。
2.2分析测定
CT-3008W-5V-30Ma-3A-S1型新威高精度电池性能测试系统测定电池的放电性能。采用两片正极对一片负极。以氢氧化镍为正极,已一定浓度的氢氧化钠为电解液,放电电流密度为180mA/cm2,放电截止电压为1.1v,电池放入电解液5-10s内开始测试。
3、结果与讨论
3.1改进后的体系放电性能测试
3.1.156%MKOH+0.5MZnO体系
以细密黄铜网与紫铜网为阴极基体,阳极为两等同面积的锌箔。制备的锌粉做放电测试,放电电流密度为180mA/cm2,截止电压为1.0v,结果见表1。
该体系在180mA/cm2电流密度下,沉积锌粉时,存在析氢现象。从图中看,在同一电流密度下,电沉积时间越长,锌粉的利用率越低,这是由于锌电极片较厚,电解液难以渗透极片内部。从上表看,电沉积10分钟利用率比其他时间都高,且置换铅比不置换铅利用率要高,置换铅以后,电压平台也有所提高。可以得出,紫铜网做基体比黄铜网的利用率要高。
3.1.2电池电解液浓度的比较
两种结果见于表2。
从上表看,装配比同为80%时,极板间距较大,电解液浓度为45%的电流效率较小,放电时间也短。装配比同为85%时,极板间距较小,电解液浓度为45%的电流效率较大,放电时间也短,这是因为反应容器小,两极板间溶液匮乏,两极的离子不需要像大容器那样运动较长距离传递电荷,此时离子数多少的影响要大于其迁移速率的影响。综合考虑极板间距和电解液浓度的影响,最终选择低浓度低装配比。
4、结论
从电沉积的电流效率、电镀极片放电时间,放电电压平台高低以及放电过程中电极片的析氢反应程度合电极片活性物质利用率高低等多方面综合考虑,56%MKOH+0.5MznO的置换铅体系为较好沉积锌电极片的体系,在放电电流密度180mA/cm2的条件下且快速激活,我们能做到10分钟以上,电压平台较好。
(作者单位:河南省疾病预防控制中心)