鋅空電池多孔氣體擴散電極內(nèi)液體界面運動規(guī)律.pdf

1、電池在當今社會發(fā)揮著重要作用，其中鋅空電池因其大容量無污染等諸多優(yōu)勢得到廣泛關注。鋅空電池的氣體擴散電極作為氧氣的反應場所是鋅空電池的關鍵技術。當前主要使用的氣體擴散電極是孔徑尺度在1微米左右的多孔介質(zhì)，氣體擴散電極在高電流密度條件下工作時，電流密度又主要由空氣、電解液和電極材料共同組成的氣液固三相交界線處提供。本文在前人研究的基礎上，做出了以下四個方面的創(chuàng)新研究工作:
　　1.通過實驗測定了泡沫鎳骨架氣體擴散電極浸液質(zhì)量與放電伏

2、安曲線和峰值功率的對應關系，發(fā)現(xiàn)電極放電性能變化可以分為三個階段:干燥氣體擴散電極開始工作后放電性能先小幅增加，在浸液2小時后達到最佳性能，2-24小時，峰值功率逐漸衰減到剛開始的75％，總體尚處在可有效工作水平;24小時后，放電性能隨浸液量增加快速下降，直到96小時后基本不再衰減，此時峰值功率只有最開始的27％;同時發(fā)現(xiàn)實驗電極浸液量變化規(guī)律近似一條對稱軸為時間軸的二次曲線，并通過推導圓柱形單管中電解液在毛細力驅(qū)動下的推進過程，得到電

3、解液界面在單管中推進的近似規(guī)律，二者對比后發(fā)現(xiàn)，實驗測量結(jié)果與近似理論推導的單管中液體變化規(guī)律一致，
　　2.通過將氣體擴散電極電鏡照片網(wǎng)格化，轉(zhuǎn)化成四通道二維拓撲網(wǎng)格，通過數(shù)值模擬近似描述了電解液界面在多孔電極中的推進過程。發(fā)現(xiàn)電解液界面推進過程中，形成的氣液固三相交界線總長度也會經(jīng)過先增長再逐漸縮短的過程，與實驗現(xiàn)象一致，從而對電極放電性能變化規(guī)律作出合理解釋，認為電極放電性能和氣液固三相交界線總長度直接相關。
　　3.

4、通過改變電極骨架結(jié)構的實驗，發(fā)現(xiàn)電解液主要沿著電極骨架快速推進。因此，從骨架結(jié)構入手初步設計了壓皮電極和疏水化預處理骨架表面的兩種電極，有效的減緩了電解液界面推進過程，但由于導電性下降等原因，導致放電性能有所下降。該方向探索處于起步階段，繼續(xù)深入研究有望得到放電性能更好，持續(xù)時間更長的氣體擴散電極。
　　4.通過采用一種數(shù)字圖像的處理方法，將氣體擴散電極內(nèi)部各材料分布規(guī)律和連通性規(guī)律可視化。了解了由多種粉末狀材料按一定配比比例混合