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贮备式锌—银电池氧化银电极的电化学性能研究

作　者: 张永光
导　师: 孙克宁
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 贮备式锌-银电池 压成式银电极 泡沫银 泡沫镍 镀银泡沫镍 集流体
分类号: TM911.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


锌-银电池具有比能量高、比功率大、安全性好、放电电压平稳、特别是能够大倍率放电等优点,在上世纪得到了迅猛发展,但是由于成本较高,使得锌-银电池主要应用于宇航和军事领域。随着军备水平的日益提高,对贮备式锌-银电池的电化学性能提出了更高的要求。现代的贮备式锌-银电池要求贮存寿命在10年以上,而银电极是影响其贮存寿命的重要因素。近年来,国外学者注重对压成式银电极的研究,采用压成式银电极能够延长贮存寿命,并显示出其相比于烧结式银电极突出优势,但压成式银电极主要受限于集流体,而国内在这方面的研究较少。基于此,本文用过硫酸钾氧化的方法来制备AgO,通过除油、粗化、敏化、活化、化学镀、电镀、烧解与还原等步骤来制备泡沫银,咪唑-磺基水杨酸镀银法制备镀银泡沫镍。以AgO为活性物质,泡沫银、泡沫镍及镀银泡沫镍作为集流体,考察压成式银电极的放电性能。首先,对以泡沫银作为压成式银电极的集流体进行了探讨,AgO为银电极的活性物质,压力为45MPa时,银电极的放电性能最好,其放电平均电压与容量最高。银电极在2mA·cm-2放电时无高电压平台出现,电流密度为100mA·cm-2时,实际放电容量为381.6mAh·g-1,且比烧结式银电极的放电性能好。Ag2O为银电极的活性物质时,其活性物质的利用率在100mA·cm-2放电时利用率仍能达到93.6%,但是放电的瞬间有明显的电压谷。其次,对以泡沫镍作为压成式银电极的集流体进行了研究,AgO为银电极的活性物质,压力为45MPa时,银电极的放电性能最好,其平均电压与放电容量最高。当电流密度增加到100mA·cm-2时,放电比容量为374.9mAh·g-1,但是存在高电压平台和电压谷,不适合作为压成式银电极的集流体。最后,对以镀银泡沫镍作为银电极的集流体进行了考察,泡沫镍镀银20min,并且在氩-氢混合气保护下450℃烧结25min后的性能最好,银颗粒之间接合力好,银颗粒不易脱落。AgO为银电极的活性物质,银电极在2mA·cm-2放电时无高电压平台,当电流密度为100mA·cm-2时,放电比容量为381.4mAh·g-1,无电压谷的出现,镀银泡沫镍可以替代泡沫银,是最有应用前景的集流体。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章 绪 论  10-24
  1.1 课题研究背景和意义  10-11
  1.2 锌-银电池发展历史及应用  11-12
  1.3 锌-银电池的工作原理  12-13
  1.4 锌-银电池及银电极的充放电特性  13-16
    1.4.1 锌-银电池的充放电特征  13-15
    1.4.2 高、低电压平台  15-16
    1.4.3 银电极的充放电能力  16
  1.5 锌-银电池的寿命  16-18
    1.5.1 锌-银电池的循环寿命  16-17
    1.5.2 贮备式锌-银电池的寿命  17-18
  1.6 银电极国内外研究现状  18-23
    1.6.1 银电极国内研究现状  18-20
    1.6.2 银电极国外研究现状  20-23
  1.7 本论文的主要研究内容  23-24
第2章 实验材料与研究方法  24-29
  2.1 实验材料  24-25
    2.1.1 实验药品  24-25
    2.1.2 实验仪器  25
  2.2 样品表征方法  25-26
    2.2.1 X 射线衍射（XRD）测试  25
    2.2.2 热重-差热（TG-DTA）测试  25-26
    2.2.3 粒径分布测试  26
    2.2.4 扫描电子显微镜（SEM）测试  26
  2.3 模拟电池的制备  26-28
    2.3.1 烧结式银电极的制备  26
    2.3.2 压成式银电极的制备  26
    2.3.3 涂膏式锌电极的制备  26-27
    2.3.4 压成式锌电极的制备  27
    2.3.5 隔膜的处理  27
    2.3.6 模拟电池的组装  27-28
  2.4 电化学性能测试  28-29
    2.4.1 循环伏安测试（CV）  28
    2.4.2 电化学交流阻抗谱测试（EIS）  28
    2.4.3 恒流放电性能测试  28-29
第3章 材料的制备与表征  29-40
  3.1 过氧化银（AgO）的制备  29-30
    3.1.1 化学方法合成AgO  29-30
  3.2 合成AgO 的表征  30-33
    3.2.1 AgO 的XRD 测试分析  30
    3.2.2 AgO 的粒径分布测试  30-31
    3.2.3 AgO 的TG-DTA 测试分析  31-32
    3.2.4 AgO 含量的测定  32-33
  3.3 泡沫银的制备  33-37
    3.3.1 泡沫银的性能特点  33-34
    3.3.2 泡沫银的制备过程  34-37
  3.4 泡沫银的表征  37-39
    3.4.1 泡沫银的结构  37-38
    3.4.2 泡沫银的孔隙率  38-39
  3.5 本章小结  39-40
第4章 泡沫银为集流体的银电极性能研究  40-49
  4.1 循环伏安性能研究  40-42
    4.1.1 泡沫银的循环伏安测试  40-41
    4.1.2 泡沫银与银网的循环伏安特性比较  41-42
  4.2 银电极的放电性能研究  42-45
    4.2.1 压力对银电极放电性能的影响  42-43
    4.2.2 银电极的小倍率放电性能  43-44
    4.2.3 银电极的倍率性能  44-45
  4.3 烧结银电极与压成银电极放电性能比较  45-46
  4.4 Ag_2O用作银电极活性物质的放电性能  46-48
  4.5 本章小结  48-49
第5章 泡沫镍为集流体的银电极性能研究  49-62
  5.1 循环伏安性能研究  49-51
    5.1.1 泡沫镍的循环伏安测试  49-50
    5.1.2 不同集流体的银电极的循环伏安测试  50-51
  5.2 压力对银电极放电性能的影响  51-53
    5.2.1 压力对银电极放电性能的影响  51-52
    5.2.2 银电极的EIS 测试  52-53
  5.3 银电极的放电性能研究  53-55
  5.4 镀银泡沫镍为集流体的银电极性能研究  55-60
    5.4.1 镀银泡沫镍的制备  55-56
    5.4.2 最佳电镀时间的确定  56-58
    5.4.3 镀银泡沫镍SEM 分析  58-59
    5.4.4 银电极的放电性能  59-60
  5.5 本章小结  60-62
结论  62-63
参考文献  63-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 化学电源、电池、燃料电池 > 原电池、干电池 > 碱性电池
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