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锌铬电池的研究

作　者: 陈素林
导　师: 张世民
学　校: 中南大学
专　业: 应用化学
关键词: 重铬酸盐 锌 电池 硫酸铬
分类号: O646
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本论文工作中,主要研究了作为锌铬电池阴极反应电对Cr6+/Cr3+中Cr（Ⅲ）的氧化还原电化学性能,研究了硫酸的浓度、硫酸铬的浓度以及添加剂的种类和用量对Cr（Ⅲ）氧化还原电化学性能的影响;组装了锌铬电池,初步研究了Zn-Na2Cr2O7和Zn-（NH4）2Cr2O7电池的放电性能,并对锌铬电池进行了质量能量密度计算。Cr（Ⅲ）的氧化还原电化学性能随着硫酸和硫酸铬浓度的增加有所改善。当硫酸浓度为1.34 mol/L,硫酸铬的浓度为0.08 mol/L,其电化学性能最佳。加入SDS时,Cr（Ⅲ）的氧化还原性能得到大幅度提高,特别是Cr3+→Cr6+反应中,相对不加SDS体系,其氧化电流提高了80 mV左右,可逆性得到一定提高。以重铬酸盐为正极活性物质,锌为负极组装了锌铬电池。阳极区以氯化铵溶液为电解液,锌片为电极,阴极区以重铬酸盐溶液为电解液,各种酸,包括单一酸和混合酸为支持电解质,碳毡为电极。阴阳极区电解液体积均为50 ml,用PE-01膜分开,在室温下以5Ω放电。放电结果表明,锌铬电池的初始放电电压在1.7 V以上,放电时间超过10 h。随着酸度的增加,放电性能有所改善,但是酸度不能过大,且混合酸比单一酸的效果更佳。当阴极区重铬酸盐的浓度为0.75mol/L,硫酸1.8 mol/L,盐酸4.8 mol/L,阳极区为5 mol/LNH4Cl时,锌铬电池的放电性能最佳。在上述条件下,Zn-（NH4）2Cr2O7电池实际质量能量密度为51.93 W·h·kg-1,达到Pb-PbO2电池的2倍左右。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 文献综述  9-20
  引言  9-10
  1.1 碱性锌锰电池  10-14
    1.1.1 碱性锌锰电池的基本原理  10
    1.1.2 二氧化锰阴极还原过程  10-12
    1.1.3 碱性锌锰电池的发展情况  12-13
    1.1.4 碱性锌锰电池的特点  13
    1.1.5 无汞碱性锌锰电池的技术难点  13-14
  1.2 铁铬液流电池  14-15
  1.3 全铬液流电池  15-18
    1.3.1 全铬液流电池的研究现状  15-16
    1.3.2 全铬液流电池的类型  16-17
    1.3.3 全铬液流电池发展的制约因素  17-18
  1.4 锌铬电池的研究设想  18
  1.5 锌铬电池的研究意义  18-19
  1.6 本论文的主要研究内容  19-20
第二章 实验原理及方法  20-25
  2.1 主要试剂  20
  2.2 主要仪器  20-21
  2.3 电解液的制备  21
  2.4 电极的预处理  21
  2.5 电化学性能测试  21-22
  2.6 放电性能测试  22
  2.7 实验方法及原理  22-25
    2.7.1 循环伏安法的原  22-24
    2.7.2 恒电流阶跃法  24-25
第三章 Cr(Ⅲ)氧化还原电化学性能研究  25-40
  3.1 化学纯液体硫酸铬的氧化还原电化学性能  25-29
    3.1.1 硫酸铬浓度的影响  25-26
    3.1.2 硫酸浓度的影响  26-29
  3.2 分析纯固体硫酸铬中Cr(Ⅲ)氧化还原电化学性能影响因素  29-38
    3.2.1 分析纯硫酸铬溶液的制备  29
    3.2.2 硫酸浓度的影响  29-30
    3.2.3 分析纯硫酸铬浓度的影响  30-32
    3.2.4 十二烷基硫酸钠的影响  32-33
    3.2.5 甲酸的影响  33-35
    3.2.6 EDTA二钠的影响  35-37
    3.2.7 草酸的影响  37-38
  3.3 本章小结  38-40
第四章 锌-重铬酸盐电池的放电性能  40-59
  4.1 电解液的制备  40
  4.2 Cr_2O_7~(2-)/Cr~(3+)的塔菲尔曲线和循环伏安曲线  40-41
  4.3 Zn-Na_2Cr_2O_7电池的放电性能研究  41-53
    4.3.1 高浓度重铬酸钠溶液中单一种类酸的影响  41-45
    4.3.2 高浓度重铬酸钠溶液中混合酸的影响  45-46
    4.3.3 中等浓度重铬酸钠溶液中混合酸的影响  46-47
    4.3.4 添加剂的影响  47-50
    4.3.5 氯化铵浓度的影响  50-52
    4.3.6 重铬酸钠溶液浓度的影响  52-53
  4.4 Zn-(NH)4)_2Cr_2O_7电池的放电性能  53-56
    4.4.1 重铬酸铵溶液浓度的影响  53-54
    4.4.2 混合酸浓度的影响  54-55
    4.4.3 氯化铵溶液浓度的影响  55-56
  4.5 Zn-Na_2Cr_2O_7和Zn-(NH_4)_2Cr_2O_7电池放电性能的比较  56-57
  4.6 本章小结  57-59
第五章 锌铬电池能量密度计算  59-62
  5.1 锌铬电池能量密度计算  59-61
  5.2 本章小结  61-62
第六章 结论和展望  62-64
  6.1 结论  62-63
  6.2 展望  63-64
参考文献  64-68
致谢  68-69
硕士学位期间发表的论文  69

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 电化学、电解、磁化学
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