鋁負(fù)極在含Cl-介質(zhì)中緩蝕劑及緩蝕機(jī)理研究.pdf

1、鋁-空氣電池?fù)碛斜饶芰扛?、能源清潔及?fù)極材料來(lái)源豐富等優(yōu)點(diǎn),使得它在很多領(lǐng)域中都有很好的前途。然而制約著鋁-空氣電池發(fā)展的一個(gè)重要因素是鋁負(fù)極的自身腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重,這一問(wèn)題不僅造成了鋁材的浪費(fèi),也影響了電池的比能量。
　　本文就航海領(lǐng)域中所應(yīng)用到的鋁-空氣電池中鋁負(fù)極的非放電腐蝕問(wèn)題為研究對(duì)象,在以3.5wt.％NaCl溶液為電池的電解質(zhì)的體系中,利用開(kāi)路電位-時(shí)間曲線(xiàn)(OCP)、極化穩(wěn)態(tài)曲線(xiàn)(Tafel)選出合適的緩蝕劑以減少鋁負(fù)

2、極的非放電腐蝕,并利用電化學(xué)阻抗(EIS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜分析(EDS)以及X射線(xiàn)光電子能譜儀(XPS)等研究緩蝕劑的緩蝕機(jī)理以及緩蝕劑在鋁電極表面的成膜形貌,同時(shí)也將新型研究腐蝕機(jī)理的電化學(xué)噪聲(EN)測(cè)試方法引入作為研究手段之一。
　　將偏釩酸鈉和油酸鈉按一定比例復(fù)配后,所得復(fù)配緩蝕劑緩蝕效率較高,且不會(huì)影響鋁-空氣電池的放電性能。在20℃時(shí),總緩蝕劑濃度為0.5g/L,油酸鈉和偏釩酸鈉質(zhì)量濃度為1:2,電解質(zhì)

3、溶液的pH值為8.0～8.5時(shí)復(fù)配緩蝕劑的緩蝕效率可達(dá)82.93%。Tafel和EIS分析了復(fù)配緩蝕劑的緩蝕類(lèi)型,結(jié)果表明復(fù)配緩蝕劑對(duì)陰極過(guò)程有很強(qiáng)的抑制作用,且對(duì)陽(yáng)極過(guò)程的抑制也較強(qiáng)。浸泡實(shí)驗(yàn)結(jié)合EIS測(cè)試結(jié)果表明緩蝕劑的機(jī)理為:在緩蝕初期,油酸鈉優(yōu)先吸附在鋁負(fù)極表面,形成一層油酸鈉疏水膜,偏釩酸鈉協(xié)同緩蝕使得保護(hù)膜更加致密;隨著緩蝕時(shí)間變長(zhǎng),油酸鈉吸附膜遭Cl-破壞,緩蝕效率第一次降低;隨著吸附膜的破壞嚴(yán)重,釩酸根離子穿透吸附膜對(duì)鋁

4、負(fù)極進(jìn)行鈍化作用,修復(fù)了吸附膜使得緩蝕效率再次增大;當(dāng)浸泡時(shí)間達(dá)10d后,復(fù)配緩蝕劑逐漸失效,緩蝕效率第二次降低。等效電路及鋁電極體系表面模型支持了該成膜理論。SEM-EDS和XPS測(cè)試共同驗(yàn)證了復(fù)配緩蝕劑的緩蝕機(jī)理。
　　Tafel測(cè)試表明復(fù)配緩蝕劑合適的濃度為0.4g/LC17H35COONa+0.4g/LNaVO3。OCP和Tafel測(cè)試表明引入0.0225mL/L的op乳化劑的復(fù)配緩蝕劑的緩蝕效率明顯提高,可達(dá)87.46%