堿性膠體電解質(zhì)中添加劑對(duì)鋁性能的影響?

　　酸性的膠體鉛蓄電池的特點(diǎn)[1],引起了人們很大的興趣,但堿性膠體電解質(zhì)的研究報(bào)道較少。鋁 空氣電池有許多優(yōu)點(diǎn)[2],2 5%的聚丙烯酸(ＰＡＡ)剛好能使4ｍｏｌ/ＬＫＯＨ生成膠體,且鋁的腐蝕小,但與自由堿溶液相比,鋁陽(yáng)極的極化程度增大[3],因?yàn)椋校粒恋暮�量影響電解質(zhì)擴(kuò)散,故應(yīng)減小其含量。本文作者將ＰＡＡ濃度降到2%,用聚乙烯醇(ＰＶＡ)和Ｎａ3ＰＯ4作添加劑,對(duì)鋁陽(yáng)極在堿性膠體電解質(zhì)中的性能進(jìn)行了研究。

　　1　實(shí)驗(yàn)

　　電極:①研究電極為鋁(99 999%,Ф1 00ｍｍ),將其一端表面裸露,其余用環(huán)氧樹(shù)脂密封,分別用1200號(hào)、2000號(hào)、3000號(hào)金相砂紙打磨,然后用乙醇除油;②輔助電極為石墨;③參比電極為ＨｇＯ/Ｈｇ,4ｍｏｌ/ＬＫＯＨ。試劑:ＫＯＨ、Ｎａ3ＰＯ4(ＡＲ),ＰＡＡ、ＰＶＡ(工業(yè)品)。儀器:用ＬＫ98ＢⅡ(天津產(chǎn)),測(cè)量鋁陽(yáng)極的線性掃描伏安曲線(1ｍＶ/ｓ)、Ｔａｆｅｌ曲線(1ｍＶ/ｓ)、電位變化曲線以及開(kāi)路電位Ｅｏｃｐ;用ＣＨＩ660Ａ(美國(guó)產(chǎn))測(cè)量堿性膠體電解質(zhì)的電導(dǎo)率。實(shí)驗(yàn)溫度為30℃。

　　2　結(jié)果與討論

　　2 1　添加劑ＰＶＡ的影響
   　 2 1 1　腐蝕性能

　　圖1為Ａｌ在“4ｍｏｌ/ＬＫＯＨ+2%ＰＡＡ+ｘ%ＰＶＡ”中的Ｔａｆｅｌ曲線。

    　顯然:①隨著ＰＶＡ含量的增加,鋁的腐蝕電流密度降低,這是因?yàn)楦叻肿樱校郑翆?duì)氫陰極還原時(shí)水的擴(kuò)散有阻礙作用,鋁電極的自放電會(huì)明顯減小;②剛成為膠體時(shí),膠體電解質(zhì)“4ｍｏｌ/ＬＫＯＨ+2%ＰＡＡ+2%ＰＶＡ”的腐蝕速度(Ｊｃｏｒｒ=4 75ｍＡ/ｃｍ2)小于膠體電解質(zhì)“4ｍｏｌ/ＬＫＯＨ+2 5%ＰＡＡ”(Ｊｃｏｒｒ=5 09ｍＡ/ｃｍ2),如表1所示。

　　2 1 2　極化程度及開(kāi)路電位
    　在“4ｍｏｌ/ＬＫＯＨ+2%ＰＡＡ”溶液中,隨添加劑ＰＶＡ含量的遞增,鋁的極化程度增大(見(jiàn)圖2ａ)。

　　這可能是高分子添加劑使Ｋ+和ＯＨ-的電遷移將變得困難,但添加量過(guò)小將影響膠化。剛好使“4ｍｏｌ/ＬＫＯＨ+2%ＰＡＡ”溶液成為膠體時(shí)ＰＶＡ的最佳濃度為2%;同時(shí)ＰＶＡ使鋁的開(kāi)位電位都負(fù)移,且鋁在“4ｍｏｌ/ＬＫＯＨ+2%ＰＡＡ+2%ＰＶＡ”中的開(kāi)路電位負(fù)移程度最大(見(jiàn)表1)。

　　2 1 3　電導(dǎo)率及電位變化

　　膠體電導(dǎo)率隨ＰＶＡ含量的遞增而降低(見(jiàn)表1);同時(shí),剛好成為膠體(“4ｍｏｌ/ＬＫＯＨ+2%ＰＡＡ+2%ＰＶＡ”)時(shí)的電導(dǎo)率比“4ｍｏｌ/ＬＫＯＨ+2 5%ＰＡＡ”膠體的電導(dǎo)率要大。
    Ｊ=75ｍＡ/ｃｍ2時(shí),ＰＶＡ對(duì)鋁電位的影響見(jiàn)圖3。ＰＶＡ能改善膠體電解質(zhì)的性能,鋁的電極電位較負(fù)

　　2 2　添加劑Ｎａ3ＰＯ4的影響

　　2 2 1　腐蝕性能
    　添加劑Ｎａ3ＰＯ4對(duì)Ａｌ腐蝕速度的影響(在“4ｍｏｌ/ＬＫＯＨ+2%ＰＡＡ”中)見(jiàn)表1。

　　顯然:①隨著Ｎａ3ＰＯ4含量的增加,則鋁的腐蝕電流密度降低;②當(dāng)剛生成膠體時(shí),8%Ｎａ3ＰＯ4膠體電解質(zhì)(“4ｍｏｌ/ＬＫＯＨ+2%ＰＡＡ”)的腐蝕速度(Ｊｃｏｒｒ=5 12ｍＡ/ｃｍ2)與2 5%ＡＰＰ膠體電解質(zhì)(4ｍｏｌ/ＬＫＯＨ)(Ｊｃｏｒｒ=5 09ｍＡ/ｃｍ2)幾乎相等。

　　 2 2 2　極化程度及開(kāi)路電位
    　隨Ｎａ3ＰＯ4含量的遞增,鋁的極化程度增大(4ｍｏｌ/ＬＫＯＨ+2%ＰＡＡ)(見(jiàn)圖2ｂ)。這可能是隨著Ｎａ3ＰＯ4增加,其吸附Ｋ+和ＯＨ-的能力增強(qiáng),但是添加量過(guò)小將影響膠化。使“4ｍｏｌ/ＬＫＯＨ+2%ＰＡＡ”溶液成為膠體時(shí)的最佳濃度為8%;同時(shí)Ｎａ3ＰＯ4使鋁的Ｅｏｃｐ都負(fù)移,Ａｌ在“4ｍｏｌ/ＬＫＯＨ+2%ＰＡＡ+8%Ｎａ3ＰＯ4”中的Ｅｏｃｐ負(fù)移程度最大(見(jiàn)表1)。

　　2 2 3　電導(dǎo)率及電位變化

　　 Ｎａ3ＰＯ4含量遞增而膠體電導(dǎo)率降低(表1),使“4ｍｏｌ/ＬＫＯＨ+2%ＰＡＡ+8%Ｎａ3ＰＯ4”成為膠體時(shí)的電導(dǎo)率比無(wú)添加劑時(shí)要大。Ｊ=75ｍＡ/ｃｍ2時(shí),Ｎａ3ＰＯ4對(duì)鋁電位的影響見(jiàn)圖3。在膠體電解質(zhì)中Ｎａ3ＰＯ4能改善Ａｌ陽(yáng)極性能,提高鋁的放電性能。

　　表2是不同添加劑對(duì)Ａｌ陽(yáng)極電化學(xué)性能的影響。

　　含2%ＰＶＡ、8%Ｎａ3ＰＯ4添加劑的膠體電解質(zhì)(“4ｍｏｌ/ＬＫＯＨ+2%ＰＡＡ”)在極化程度(見(jiàn)圖2)、開(kāi)路電位及電極電位負(fù)移、放電時(shí)間等方面均比無(wú)添加劑(“4ｍｏｌ/ＬＫＯＨ+2 5%ＰＡＡ”)時(shí)有較明顯提高。Ｎａ3ＰＯ4的效果較好。

　　3　結(jié)論

　　分別添加2%ＰＶＡ和8%Ｎａ3ＰＯ4,剛好能使“4ｍｏｌ/ＬＫＯＨ+2 0%ＰＡＡ”成為膠體,與“4ｍｏｌ/ＬＫＯＨ+2 5%ＰＡＡ”膠體電解質(zhì)相比,鋁的電化學(xué)性能有較大提高;此外,8%Ｎａ3ＰＯ4對(duì)鋁的電化學(xué)性能改善比2%ＰＶＡ更加明顯。