可充锌电极存在的问题及解决途径

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1、电乡也,八综述·十可充锌电极存在的问题及解决途径浙江大学化学系浙江,,创,王建明钱亚东张莉张鉴清曹楚南摘要综述了在碱性溶液中可充锌电极存在的形变、枝晶、腐蚀和钝化等问题的形成机制,总结和分析了解。决上述问题的方法和途径关键词二次锌电极形变枝晶腐蚀钝化分类号,’一,飞飞,、七对浏,引言一。、、标〕但由于锌电极存在着变形枝晶腐蚀和钝化锌由于具有资源丰富、平衡电位低、可逆性好、能等问题一〕,使二次锌电池性能变差如循环寿命短、量密度高,、,以及无环境污染等优异性能被广泛用作化自放电较严重循环容量衰退快等等在实际使用过。、,,学电源的阳极材

2、料与传统的福镍铅酸电池相比锌程中很快失效,不能满足实际需求这也是该类电池一,二次电池除了具有较好的电性能川外还可以避免对。直未获得广泛应用的重要原因本文综述了在碱性溶环境的。污染由于二次锌电池独特的性能以及实际需液中可充锌电极存在的主要问题及解决这些问题的可、,求如电子器件影视设备和电动车等的增长研制高能途径,并对解决这些问题的方法进行分析和评价,以,性能二次锌电池一直是电化学工作者努力的目。期对高性能碱性二次锌电池的研究和开发有所裨益作者简介王建明,男年月生,博士,副教授钱亚东,男,年月生,硕士生张莉,女,年月生硕士生张鉴清,男

3、,年月生,教授,博士生导师曹楚南,男,年月生,教授,中科院院士十国家自然科学基金批准号,浙江省自然科学基金和金属腐蚀与防护国家重当、实验室联合资助项目©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第期王建明子可充锌电极存在的问题及解决途径善的,因此可认为锌电极的形变是不能完全消除的,但存在问题及解决途径。可以通过优化条件减少目前减小形变的措施主要有、‘。一’”〕使电锌电极变形降低氧化锌在碱液中

4、的溶解度流密度在〔‘”一丁产生的原因电极表面分布更均匀以及减小电池中的对流传“”质等,〕。所谓锌变形是指在充放电过程中活性物质在电极表面重新分布,在一些位置氧化锌逐渐减少,甚至完降低氧化锌在电解液中的溶解度全消耗而在另外一些部位氧化锌逐渐聚集,电极变如果氧化锌在电解液中溶解度降低,充放电过程厚。变形的结果导致锌电极的有效面积减少,容量降中锌酸盐浓度变化减小,将有助于减小锌在电极表面低,使电池使用寿命缩短。的迁移。降低电解液中氧化锌溶解度的一个重要方法“”,长期是改变电解液组成。有几篇文献,‘”报道了通过降低对产生变形的原因以来人们

5、进行了大量的“一”」。,,研究提出了各种各样的模型其中比较典型的浓度并加入支持电解质以增加电解液离子导、的有等比提出的隔膜传输模型〔提出电性的方法。在众多的支持电解质中,和〔’”一’‘〕。的浓差电池模型和等提出的密度梯度模对改进电池循环寿命有明显的作用。‘之一一型等、等认为电解质组分通过隔膜的渗透和八等〔发现氧化锌在电解质体电渗透力产生平行于电极表面的对流传质,在充、放电系中溶解度显著降低,锌电极形变在充放电循环过程过程中对流方向正好相反。在充电和放电半周期内对中明显减小,电池容量衰退减弱。但由于电解质碱性流方向和锌酸盐浓度的不同

6、,使氧化锌在平行于电极降低,正极性能下降,使电池在次循环。。表面的方向转移且远离电解质但该模型不能解释后因性能恶化而失效在电解液中加入胶粘剂如。无隔膜体系中锌电极出现的变形〕认为在减小了锌酸根离子的运动速率这种方法广泛充电和放电过程中电流密度的非均匀分布和不同的极用于一次碱锰电池中’〕,从形变的形成机理分析对化度,导致在锌电极表面出现浓差电池,使活性物质逐减小锌形变是有利的。但电解液形成凝胶后,离子导,。,渐从电极边缘向中心聚集即出现形变但有研究”电性降低,电池内阻会有所增加、该法是否可行有待于。。认为浓差电池不是促使锌重新分布的

7、唯一原因在仔实验验证降低氧化锌溶解度的另一个重要研究方向,细研究上述两种机制后等”〕在现场原子示是改变电极的组成。在电极制作时,加入聚四氟乙烯,。’和聚八’〕,踪实验的基础上提出了密度梯度模型该模型认为乙烯醇等粘结剂降低氧化变形首先是由浓度梯度引起的,进而产生密度梯度和锌在电解液中的溶解度,可减弱锌电极形变。有一些电解液体积的变化,引起电解液在电极表面的流动。文献报道了在锌电极中添加,可减小锌电极在充电和放电过程中,锌转移的方向是相反的,在充电在电池循环过程中的形变。的作用主要是过程中锌转移的量小于放电过程锌转移的量,即锌的通过与

8、形成,·化净转移方向与放电过程相同。在竖直放置的电池中,合物,降低锌化合物在电解液中的溶解度,从而减小锌。锌向电极中下部聚集在水平放置的电池中锌转移量形变八和也有与相同的较小,转移方向与电解液库存在与否及其大小密切相作用〔‘」。这种方法是否会降低氧