课题18创新实验中期答辩.ppt

; ; ; 对空气电池的研究最早于20世纪70年代，美国集中于研究航海航标灯、矿井照明等电源；80年代，加拿大的Aluminum Power公司采用合金化的铝阳极和有效的空气电极，研发的电池体系在便携式电源、备用电源以及水下推进装置应用方面都获得了飞速的发展。; ; ;二、课题研究意义、目的：;铝空气电池的主要应用领域; ; ; ;(2)比功率中等，达到50-200W/kg，这一特性显然是由氧电极所决定的，因为氧电极的工作电位远离其热力学平衡电位。其交换电流密度很小，电池放电时极化很大。氢氧燃料电池的比功率不高，其原因也在于此。 (3)使用寿命长。这主要取决于氧电极的工作寿命，因为铝电极是可以不断更换的。 (4)安全可靠、无毒、无有害气体，不污染环境。电池反应消耗铝、氧气和水，生成Al(OH)3，后者是当今用于污水处理的优良沉淀剂。 (5)可设计成电解液循环和不循环两种结构形式，分别适用于不同场合。 (6)铝资源丰富，原料充足，价格便宜。; 铝阳极在中性电解质中电势为1.66V(vsSCE)，在强碱性电解质中电势为-2.35V(vsSCE)。但实际上，铝空气电池工作电势远低于理论值。;五 选择铝空气电池电极材料和电解液 1、选用合适的铝阳极成分 为解决钝化膜活化和腐蚀抑制问题，我们实验改进了以往铝空电池铝阳极成分，以达到延长电池寿命提高利用率，减少铝自腐蚀，使其具有实际性的用途。 首先，我们实验用作负极材料的主要合金成分为Al-Mg-Ga-Sn； 添加这些合金元素原理如下： ?合金元素Mg有助于提高铝合金在空载条件下的抗腐蚀性能，减少合金材料在负载下腐蚀，消除部分杂质Fe元素的有害影响； ;?金元素Ga对铝阳极的影响主要表现在改变纯铝晶粒在溶解过程中存在的各向异性，从而使铝阳极腐蚀均匀；其次，Ga与其他合金元素在电极工作温度（60℃-100℃）下，形成低共熔混合物，破坏铝表面钝化膜。随着Ga含量的增加，铝阳极电位变负，但添加量过高，将明显降低电流效率。;?合金元素Sn对铝阳极的影响，主要表现在Sn能降低铝表面钝化膜电阻，是铝表面钝化膜产生空隙。高价的Sn4+取代钝化膜中的Al3+，产生一个附加空穴，破坏了氧化膜的致密性。其次，合金元素Sn具有较高的氢过电位，能有效地抑制析氢腐蚀，并能与Ga等其他合金元素形成低共熔混合物，破坏铝表面氧化膜。;;氯离子活化机理为：Cl-吸附在铝表面的缺陷上，产生点蚀的小坑，利于合金元素如镓、铟等的沉积，使铝的活性增加。同时当Cl-浓度增加，腐蚀速度也加快，Cl-被吸收到氧化膜的弱地区，导致在膜与溶液界面处形成络合物，造成钝化破坏，腐蚀加速；还有Cl-通过替换取代铝氧化膜中氧的晶格（即氧原子和Cl-进行交换反应），从而使Cl-进入氧化膜，与基体铝发生反应，结果铝发生点蚀。;3 空气电极材料本电池空气电极所使用的催化剂材料为：活性炭+MnO2+AgO（少量），其中AgO的具有高催发活性；氧电极选用催化层+导电网／防水透气层的结构，可使反应进行充分；支架选用泡沫镍作为骨架，具有良好的力学性能。;;;; ;（1）采用EMPA对铝阳极微区成分分析，分析合金元素Mg、Sn、Ga的分布； （2）对腐蚀反应已被破坏的空气电极的导电层进行用X射线光电子能谱(XPS)，以分析导电层及附着物中所含元素及其化学态和电子态，判断表面元素构成的均匀性； （3）电池放电电压及电流采用万用表每天测量并记录，测出电池工作的寿命、铝电极的析氢速率及极化曲线。 （4）对铝空气电池结构（尤其空气电极）的优化,改善空气正极的极化性能和提高催化效率 （5）对比镁-空气电池，进行上述电化学性能比较 ;Thank you!