本文選題：鋅 + 鋅枝晶　； 參考：《揚州大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：能源是人們生活和生產(chǎn)不可缺少的重要組成部分,隨著社會的發(fā)展,人們對能源的需求日益增加,帶來的環(huán)境問題也日益嚴(yán)重。為了社會和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展以及人類的健康,清潔、環(huán)保、無污染、低成本、高比能量的綠色能源受到政府和研究者的高度重視。鋅-聚苯胺二次電池由于具有成本低、綠色、安全、無污染等優(yōu)點很具有研究開發(fā)的潛力。但是由于鋅-聚苯胺電池在充放電過程中會有鋅枝晶的產(chǎn)生造成電池短路,聚苯胺的降解、鋅電極的腐蝕、電解液pH值以及集流體和隔膜的缺陷使電池的循環(huán)壽命降低等一系列問題,阻礙了鋅-聚苯胺電池的工業(yè)化生產(chǎn)。本論文針對以上問題,開展了以下工作。通過循環(huán)伏安(CV)、交流阻抗(EIS)、塔菲爾曲線、掃描電子顯微鏡(SEM)等方法分別研究了鋅電極在添加了適量的不同種類、不同濃度的添加劑(一元羧酸鹽、二元羧酸鹽、三元羧酸鹽以及混合羧酸鹽)并配制成不同酸度的水體系電解液中的電化學(xué)性質(zhì),然后通過分析對比鋅電極在電解液中表現(xiàn)的性質(zhì),確定較佳的電解液的組成成分。研究表明:在含Cl-的水體系電解液中,添加適量的某一元羧酸鹽(SP)和某二元羧酸鹽(SM)添加劑能提高鋅電極的電化學(xué)性能,而且鋅電極在其中也不易發(fā)生自腐蝕現(xiàn)象。然后再通過改變電解液的pH及組成成分的濃度選出較佳的電解液體系。結(jié)果表明,在電解液pH約為4.0,ZnCl2濃度為0.20mol dm-3,NH4Cl濃度為0.50 mol dm-3,SP 濃度為 0.10 mol dm-3;SM 濃度為 0.20 mol dm-3,Na2A 濃度為 0.25 mol dm-3,Na3B濃度為0.05moldm-3時,鋅電極的電化學(xué)性能、穩(wěn)定性以及體系的可逆性最佳。通過紅外(FT-IR)、紫外(UV)、X射線衍射(XRD)以及掃描電子顯微鏡(SEM)等表征方式對比分析了聚苯胺的不同合成方式對聚苯胺結(jié)構(gòu)的影響。發(fā)現(xiàn)合成方式的改變對聚苯胺的結(jié)構(gòu)不會造成明顯影響。參照鋅電極性質(zhì)的研究,在氯離子體系電解液中添加適量的不同種類、不同濃度的添加劑,通過循環(huán)伏安、交流阻抗以及充放電等方法,探討出聚苯胺電極最合適的水體系電解液的組成配比,再通過研究聚苯胺分別在不同pH值的水體系電解液中的電化學(xué)性質(zhì),選擇出最佳的pH值。實驗結(jié)果顯示,聚苯胺電極在電解液pH約為4.0,ZnC12濃度為0.20 mol dm-3,NH4Cl濃度為0.50 mol dm-3,SP 濃度為 0.10 mol dm-3;SM 濃度為 0.20 mol dm-3,Na2A 濃度為 0.25 mol dm-3,Na3B濃度為0.05 mol dm-3時,能發(fā)揮最好的電化學(xué)活性。這與鋅電極對電解液配比要求的條件一致。研究了不同集流體材料:導(dǎo)電玻璃紙、不銹鋼網(wǎng)、軟石墨和碳布的性能。采用循環(huán)伏安,電化學(xué)交流阻抗以及動電位極化等手段,對比了不同的空白集流體在電解液中的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性。然后以化學(xué)氧化法或電化學(xué)沉積合成的聚苯胺為正極材料,打磨后的鋅片為負(fù)極材料,以(0.50 mol dm-3 NH4C1 + 0.20 mol dm-3 ZnCl2+ 0.05 mol dm-3 Na3B + 0.20 mol dm-3 SM + 0.10 mol dm-3 SP + 0.25 mol dm-3 Na2A)體系作為電解液,組裝成鋅-聚苯胺二次電池,重點研究了不同的充電上限電壓、放電下限電壓、電流密度、隔膜等條件對鋅-聚苯胺二次電池的充放電性能影響。得出最合適的充放電條件:電解液pH4.0時,充電上限電勢為1.5V,放電下限電勢為0.7V,電流密度為40 mAg-1,以吸水紙為隔膜,鋅-聚苯胺電池的放電比容量最高可達129.5 mAh g-1。鋅-聚苯胺二次電池在充放電1000次循環(huán)后,電池的比容量仍能保持在94.3 mAh g-1,庫倫效率在90%以上,而且在負(fù)極材料鋅片的表面也沒有發(fā)現(xiàn)鋅枝晶。
[Abstract]:This paper studies the electrochemical properties of zinc - polyaniline secondary batteries with low cost , green , safe , pollution - free , low cost and high specific energy . The effects of different synthetic methods on the structure of polyaniline were studied by means of IR ( FT - IR ) , ultraviolet ( UV ) , X - ray diffraction ( XRD ) and scanning electron microscope ( SEM ) . The charge - discharge performance of zinc - polyaniline secondary battery was studied with ( 0.50 mol dm - 3 NH4C1 + 0.20 mol dm - 3 ZnCl 2 + 0.05 mol dm - 3 Na3B + 0.20 mol dm - 3 SM + 0.10 mol dm - 3 SP + 0.25 mol dm - 3 Na2A ) as electrolyte .
【學(xué)位授予單位】：揚州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O646;TM912

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本文編號：2011503