PAAS基凝膠電解質(zhì)的制備及其在堿性二次電池中的應(yīng)用.pdf

1、近年來，隨著對環(huán)境保護(hù)的要求及高性能電池的迫切需要，堿性二次電池特別是鎳氫電池和鎳鋅電池以其高能量密度、高功率密度，且對環(huán)境無污染，迅速成為眾多工作者的研究熱點(diǎn)。目前，鎳氫電池和鎳鋅電池一般采用KOH水溶液作為電解質(zhì)，但由于液體電解質(zhì)存在易干涸，泄漏，對電極產(chǎn)生腐蝕，且使用溫度范圍窄等缺點(diǎn)，人們試圖用其他類型電解質(zhì)來取代KOH水溶液。堿性聚合物凝膠電解質(zhì)具有易合成、室溫電導(dǎo)率高、聚合物基體材料豐富、成本較低等優(yōu)點(diǎn)而進(jìn)入研究工作者的視野。

2、其中，聚丙烯酸聚合物電解質(zhì)是目前研究的電導(dǎo)率最高的一種聚合物電解質(zhì)，但因其含水量過高而機(jī)械性能較差。本文針對其機(jī)械性能不足，添加了納米無機(jī)鹽硅酸鎂鋰(MLS)，制備了硅酸鎂鋰-聚丙烯酸鈉(PAAS)-KOH-H2O凝膠電解質(zhì)，并組裝了鎳氫電池和鎳鋅電池研究了其電池性能。
　　 首先，以硅酸鎂鋰和聚丙烯酸鈉及氫氧化鉀為原料，采用共混法制備了MLS-PAAS-KOH-H2O堿性凝膠電解質(zhì)。采用交流阻抗、循環(huán)伏安技術(shù)對樣品進(jìn)行了研究。

3、研究結(jié)果表明:室溫時，MLS-PAAS-KOH-H2O凝膠電解質(zhì)具有與6 mol/L KOH溶液同一數(shù)量級別的電導(dǎo)率;在290 K～330 K溫度范圍內(nèi)，MLS-PAAS-KOH-H2O凝膠電解質(zhì)的電導(dǎo)率對溫度的關(guān)系符合Arrhenius方程，計算的電導(dǎo)活化能大約為13.55kJ·mol-1;循環(huán)伏安曲線表明MLS-PAAS-KOH-H2O凝膠電解質(zhì)有約1.6V的電化學(xué)穩(wěn)定窗口。
　　 其次，以MLS-PAAS-KOH-H2O凝

4、膠電解質(zhì)組裝模擬鎳氫電池研究其電池性能。研究結(jié)果表明:分別以0.5 C、1C、2C倍率放電時，放電容量大致相等;研究了以凝膠電解質(zhì)和KOH水溶液組裝的電池的電壓降主要來源于凝膠電解質(zhì)與電極之間的界面電阻;與以6mol/L KOH水溶液組裝的鎳氫電池相比，凝膠電解質(zhì)電池具有更好的循環(huán)性能和荷電保持能力; Tafel極化測試表明，合金電極在凝膠電解質(zhì)中的耐蝕能力更好;交流阻抗測試表明，凝膠電解質(zhì)電池電極具有更低的電化學(xué)阻抗。
　　

5、最后，以MLS-PAAS-KOH-H2O凝膠電解質(zhì)組裝的鎳鋅電池測試其充放電性能、循環(huán)性能及荷電保持性能，結(jié)果表明:由于凝膠電解質(zhì)能抑制鋅和[Zn(OH)4]2-的溶解和擴(kuò)散，削弱了鋅電極的腐蝕、變形、自放電和鋅枝晶的形成，使凝膠電解質(zhì)電池具有較好的充放電性能、循環(huán)壽命及荷電保持性能;倍率放電測試表明，凝膠電解質(zhì)電池在0.2C、0.5 C、1C倍率放電時，性能與堿液電解質(zhì)電池相當(dāng)，2C倍率放電凝膠電解質(zhì)電池性能不如堿液電解質(zhì)電池;Taf