氣體多孔電極的物理化學(xué)滲流研究.pdf

1、隨著科技的日益發(fā)展，學(xué)科交叉的研究對(duì)科技進(jìn)步的推動(dòng)顯得越來越重要。本文將滲流的理論知識(shí)應(yīng)用到氣體多孔電極的研究中，在鋅空氣電池中研究氣體多孔電極的性能，從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面探索電極高效放電的機(jī)理以及尋找制作高效電極的方法。理論工作完成了在氣液不同分布狀態(tài)下的多孔電極過電位分布數(shù)學(xué)模型，實(shí)驗(yàn)工作設(shè)計(jì)了立式電極實(shí)驗(yàn)，觀察到三相界面的變化過程。參與研究開發(fā)了電動(dòng)自行車用鋅空氣動(dòng)力電池，并且在研究過程中得到了設(shè)計(jì)鋅空氣電池調(diào)峰電站和研制呼吸式氣

2、體多孔電極的啟發(fā)。 本文的主要工作包括：第一，建立本文的理論基礎(chǔ)，以滲流理論中廣泛應(yīng)用的飽和度分布概念為基礎(chǔ)，探索電極在液體電解質(zhì)環(huán)境中的氣液分布規(guī)律。以單孔電極數(shù)學(xué)模型為參考，定義了三相分界線總長度概念，給出其計(jì)算方法；在此基礎(chǔ)上，給出多孔電極電流和過電位分布模型，以典型算例得出電極沿外表面法線方向的過電位分布規(guī)律，并對(duì)計(jì)算結(jié)果與理論分析進(jìn)行了比較；本章的成果是在已有的電極單孔模型和飽和度分布概念的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了多孔電極中多孔體

3、的氣液分布數(shù)學(xué)模型，有利于通過數(shù)值計(jì)算模擬多孔電極這一內(nèi)部復(fù)雜體系在參與電極反應(yīng)時(shí)的各處電流貢獻(xiàn)和過電位分布，可為制造高效電極提供理論依據(jù)； 第二，通過在鋅空氣電池中設(shè)計(jì)使用片狀立式電極，增大了電極的縱向高度，探索氣體電極反應(yīng)機(jī)理以及三相界面的形成過程，且能夠方便地觀察三相界面在反應(yīng)進(jìn)程中發(fā)生的四個(gè)明顯的形態(tài)變化；通過該章的研究獲得了電極反應(yīng)時(shí)的穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)三相界面的宏觀變化，分析了其相應(yīng)的微觀反應(yīng)機(jī)理，突破了傳統(tǒng)的電極反應(yīng)方式

4、無法直接觀察三相界面變化的弊端； 第三，設(shè)計(jì)研制了水平單面電極，通過電極的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工工藝的改進(jìn)以及與之相應(yīng)的電池整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了鋅空氣動(dòng)力電池的制作；電極的設(shè)計(jì)考慮了如何有效地防止液體滲漏以及從結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)盡可能多的有利于反應(yīng)的三相界面；電池整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)考慮了工程上的實(shí)際應(yīng)用，綜合了各種因素，特別是用在電動(dòng)自行車上出現(xiàn)的密封、放電深度、機(jī)械式充電等問題得到了有效地解決，在比能量和能量密度兩個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)上實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)領(lǐng)

5、先； 第四，通過立式使用空氣電極的實(shí)驗(yàn)，探索利用單片電極的拚接實(shí)現(xiàn)大電極和大的單電池的制作，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了鋅空氣電池調(diào)峰電站的一整套運(yùn)行機(jī)制；利用電極拚接技術(shù)可制造世界上最大的單電池，解決制作大面積電極的困難，實(shí)現(xiàn)鋅空氣電池調(diào)峰電站的運(yùn)行；分離循環(huán)技術(shù)和原位還原技術(shù)可以保障燃料的供應(yīng)，并且有利于實(shí)現(xiàn)電站調(diào)峰填谷功能，提高電站總體效率，這種調(diào)峰電站的應(yīng)用綜合了電極制作的優(yōu)越性并且它的實(shí)現(xiàn)可以有效地緩解電力緊張； 第五，通