碱性电池中锌阳极缓蚀剂应用研究.pdf

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1、V01．33No．52013．5船电技术J综述碱性电池中锌阳极缓蚀剂应用研究朱厚军，张伟东(武汉船用电力推进装置研究所，武汉430064)摘要：碱性锌基电池在生活、工业、军事等方面具有广泛的市场应用而无汞化要求限制了其发展，无汞缓蚀剂的研究便成了科研一大热点。本文从电极添加剂、电解液添加剂两个方面综述了碱性锌基电池用无汞缓蚀剂的研究现状，为无汞锌基电池的研发提供有价值的信息。关键词：锌基电池无汞化缓蚀剂中图分类号：TM911．14文献标识码：A文章编号：1003·4862(2013)05-0017—03ApplicationofZ

2、incCorrosionInhibitorstoAlkalineZinc—basedBatteriesZhuHoujun，ZhangWeidong(WuhanInstituteofMarineElectricPropulsion，CSIC，Wuhan430064，China)Abstract：Alkalinezinc—basedbatteriesarewidelyusedindailylife,industryandmilitary．Howeve‘therequirementsofmercury-freelimititsdevel

3、opmentandzinccorrosioninhibitorsbecomeahotresearchtopicrecently．Inthepaper,researchesonzinccorrosioninhibitorsarediscussedfromtwoaspectsofzincelectrodeadditivesandelectrolyteadditives,whichwillprovidevaluableinformationforthedevelopmentsofalkalinezinc—basedbatteries．K

4、eywords：zinc。basedbatteries；mercury-free,"corrosioninhibitors0引言1锌电极无机添加剂锌以其优越的电化学性能一直被广泛应用于化学电源的阳极材料，由此开发了多种以碱性溶液为介质的锌基电池。但锌阳极在强碱溶液中存在着热力学性质不稳定且氧化产物(锌酸盐)溶解度很高等问题，致使锌电极发生变形、形成枝晶、易钝化及自放电等现象从而影响电池的使用。上世纪，锌阳极汞齐化处理是解决此问题的首选方法，但汞是剧毒物质，容易对操作工人及环境造成危害。无汞化成为碱性锌基电池研究的重要方向，本文综合

5、了国内外碱性电池锌阳极缓蚀剂的研究现状。目前，采用添加剂是抑制锌电极自放电的主要手段，而所用添加剂主要分为锌电极添加剂和电解液添加剂两类。收稿日期：2012—09—21作者简介：朱厚军(1975一)，男，高级工程师。研究方向：化学电源。电极添加剂可以减少形变和枝晶的生长，消除电流密度分布和锌酸盐浓度变化的不利影响，同时提高了电极的析氢过电位【1】。应用电极添加剂方法是在阳极锌膏制造过程中加入适量的无机或者有机缓蚀剂。锌阳极添加的无机缓蚀剂在充电时优先在锌电极表面发生沉积作用，而在放电时不会溶解或抑制离子迁移，从而可以达到抑制析氢和

6、减缓锌电极腐蚀的作用。加入金属氧化物或氢氧化物如PbO、Bi203等，可减缓锌枝晶的生成和锌电极形变。早期实验发现，Ca(OH)2可以减小锌电极在充放电过程中的形变，且氧化锌可与Ca(OH)2生成难溶于碱的锌酸钙，以此提高了电极的电化学性能；此外，AI(OH)3和Mg(OH)2等也能达到类似的效果【21。夏熙【3】等在锌电极中加入一定配比17船电技术J综述V01．33No．52013．5的PbO和In203，试验结果表明PbO对锌阳极的溶解反应作用不明显，但对充电时的锌沉积影响较大，In的沉积进一步改善了锌电极的导电性。Zhu[4

7、1采用电解法使镧、钕等氢氧化物沉积在锌电极表面使其不易溶解，从而达到抑制锌枝晶生长、变形的过程。HuotJ．Y【5J等采用添加Pb、Bi、Ca和Al等元素的凝胶状合金锌粉制作电极，提高了锌阳极的放电性能；HuotJ．Y认为金属Bi积聚在电极内部的孔道上提高了电极表面以及内部的反应活性。Zheng[6]等在电极中加入钡离子使其生成BaZn(OH)4的水合物，同样取得了很好的效果。2电解液添加剂电解液添加剂通过电极表面沉积或吸附来改变锌电极的沉积形貌，达到防止钝化和抑制腐蚀等作用，目前常用吸附理论和电化学理论来解释此现象。吸附理论认为

8、：有机分子在电极表面通过物理吸附和化学吸附生成连续的吸附层(分子膜)，阻止了溶剂分子在电极表面的聚集，从而降低腐蚀和沉积反应速度。电化学理论认为：有机分子占据了腐蚀反应进行的活性位点，增大了反应的活化能【7J；有机分子在电极／溶液界面上做定向排列，