高性能介孔锌粉的研究
与其它碱性电池用电极相比,锌电极具有比能量高、价格低廉,原料来源广且对环境无害等优点.因此,锌电极可以和很多材料组合成化学电源,广泛应用于航空、军事、能源等多个领域.随着现代装备不断发展,锌电极的要求越来越高,要求锌电极具备更大电流密度放电的能力.而介孔材料具有较大的比表面积,孔径较为均一、可调,并且具有维度有序等特点.将锌粉做成介孔材料对锌电极来说是一个较好的选择.本文采用Attard等发展的"真正的液晶模板",用Brij56和平平加O-25做模板剂合成出介孔锌粉,对介孔锌粉的比表面积,视密度、振实密度和析气量进行了检测,并研究介孔锌粉的电性能做了研究.结论如下:(1)介孔锌粉可以在非离子表面活性剂Brij56或平平加O-25在一定浓度的情况下,以非离子表面活性剂的溶致液晶做模板,通过电化学沉积得到.其中,用Brij56制备的介孔锌粉的孔径约为5~20nm,而平平加O-25制备的介孔锌粉的孔径约为5~10nm.(2)介孔锌粉的宏观形貌为树枝状,电解电流密度和非离子表面活性剂的类别对介孔锌粉的宏观形貌没有影响.(3)用Brij56或平平加O-25制备的介孔锌粉和常规锌粉的比表面积分别为14.5m2/g、13.7m2/g、0.7m2/g,视密度为分别为0.47g/cm3、0.49g/cm3、0.50g/cm3,振实密度分别为0.98g/cm3、1.13g/cm3、1.25g/cm3,析气量分别为0.09ml(/1g·3d)、0.18ml/(1g·3d)、0.78ml/(1g·3d).说明介孔锌粉在比表面积、视密度、振实密度和析气量上都优于常规锌粉.(4)电流密度和非离子表面活性剂的含量对介孔锌粉的内在特性有影响.在电流密度为100mA/cm2和150mA/cm2时制备的锌粉的比表面积、视密度、振实密度和析气量虽然是有差别的,但差别很小,总体上说,在100mA/cm2的电流密度下制备的介孔锌粉的性能比150mA/cm2的较好一些.但在电流密度为150mA/cm2时制备的锌粉的放电性能比100mA/cm2制备的锌粉的略好一些.在非离子表面活性剂含量不同的情况下,制备的介孔锌粉的比表面积、视密度、振实密度和析气量等性能相差不是太大,随着非离子表面活性剂的比例的增加而降低,在平平加O-25的含量在42%时的性能优于50%,58%的最差.(5)制备的介孔锌粉满足大电流密度的放电要求.用Brij56和平平加O-25制得的介孔锌粉在第二次以中电流密度放电时,电压值明显大于直接电解的常规锌粉.而在第一次以中电流密度放电和小电流密度放电前期时,电压值反而小于直接电解的常规锌粉.而在以大电流密度放电时,用Brij56或平平加O-25制备的介孔锌粉比直接电解制备的常规锌粉具有较好的大电流密度放电性能,并且介孔锌粉的利用率较高.非离子表面活性剂的含量对制得锌粉的放电性能有很大影响.总体来说,平平加O-25的含量在42%时的性能优于50%,58%的最差,甚至在平平加O-25含量为58%时制备的锌粉不能满足大电流密度放电要求.
- 作者：
- 宋红磊
- 学位授予单位：
- 中国舰船研究院
- 专业名称：
- 船舶化学电源技术
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2014年
- 导师姓名：
- 贺必新
- 中图分类号：
- TM911.14
- 关键词：
- 电沉积；介孔锌粉；析气量；电性能
- electro-deposition； mesoporous zinc powder； gas evolution volume； electrical properties