锌空气电池准中性电解液的研究

第43卷第1期2014年1月

应用化工Vol．43No．1Jan．2014

AppliedChemicalIndustry

锌空气电池准中性电解液的研究

111112

于华章，周德璧，罗素朴，彭业成，赵晶，梁雨南（1．中南大学化学化工学院，湖南长沙410083；2．中南大学外国语学院，湖南长沙410083）

摘ZnCl2、KCl及它们要：研究了锌空气电池中性、准中性电解液的主要成分，采用线性扫描伏安法考察了NH4Cl、

的混合溶液对锌电极电化学性能的影响，并组装电池恒流放电测试。结果表明，对于低电流密度放电要求的准中性锌空气电池采用NH4Cl作为主体电解质的锌电极性能相对较好；在NH4Cl溶液中添加KCl，有利于改善溶液导电性，提高放电电压和延长放电时间。最佳溶液配比为4mol/LNH4Cl+2mol/LKCl。关键词：锌电极；准中性；锌空气电池；电解液中图分类号：TQ152

文献标识码：A

文章编号：1671－3206（2014）01－0121－03

Ｒesearchonquasi-neutralelectrolytesinZinc-airbattery

YUHua-zhang1，ZHOUDe-bi1，LUOSu-pu1，PENGYe-cheng1，

ZHAOJing1，LIANGYu-nan2

（1．InstituteofChemistryandChemicalEngineering，CentralSouthUniversity，Changsha410083，China；

2．SchoolofForeignLanguage，CentralSouthUniversity，Changsha410083，China）

Abstract：Threetypesofelectrolytesolutions（NH4Cl，ZnCl2andKCl）andtheirmixtureswereused，theeffectofwhichontheelectrochemicalbehaviorofZincelectrodewasexaminedthroughlinearsweepvolta-mmetryandconstantcurrentdischargetest．TheresultsindicatethattheZincelectrodehasarelativelybetterperformanceusingtheNH4Clasasubjectelectrolyte．Inaddition，addingKClintoNH4Clcancon-tributetotheconductivityofthesolution，thedischargevoltageandthedischargetime．Theoptimumsolu-tionratiois4mol/LNH4Cl+2mol/LKCl．

Keywords：Zincelectrode；quasi-neutral；Zinc-airbattery；electrolyte锌空气电池作为一种比能量高、容量大、性能稳

［1-2］，定、低污染、安全可靠的新型化学储能电源已成展现出巨大的市为当今世界能源领域的开发热点，

场前景。目前对于锌空气电池的研究主要集中在碱对于中性或准中性体系的研究较少。碱性性体系，

极易造成空气电体系锌空气电池电解液易碳酸化，

极气孔堵塞，影响扩散过程，而中性或准中性电解液

［3-4］

具有价格低廉、腐蚀性小、可避免碳酸化等优势，因此在低电流密度、小功率放电场所，准中性锌空气电池可替代其他同类产品。目前，美国的EOS公司对用于锌空气电池的新型中性电解液研究已取得突破性进展。

当前的中性、准中性空气电池多采用NH4Cl作为主要电解液成分。考虑溶液电导率和溶解度对电池性能的影响，同时Cl对金属具有点蚀作用，可加速溶液电导率和溶解度对电池性能的影响，同时

－

［5-7］

Cl－对金属具有点蚀作用，，可加速金属的溶解

ZnCl2、KCl等为电解质时本文重点考察了以NH4Cl、

锌空气电池的阳极行为及电池放电性能。

1

1．1

实验部分

材料与仪器

氯化铵、氯化锌、氯化钾、锌片均为分析纯；空气CHI760D型电化学工作站；BTS系列高精度电

电极，自制。池测试系统。1．2

实验方法

ZnCl2、KCl及按一定的化学计量比配制NH4Cl、

它们的混合溶液。使用电化学工作站进行线性扫描

2

伏安（LSV）测试，锌片为研究电极，有效面积1cm；

锌丝为参比电极；泡沫镍为辅助电极，有效面积8cm2，扫描范围为－0．1～0．5V，扫速1mV/s；使用

09-0610-10收稿日期：2013-修改稿日期：2013-作者简介：于华章（1988－），男，山东济宁人，中南大学在读硕士研究生，师从周德璧教授，从事电化学、纳米材料方面研

E－mail：yuhuazhangwww@163．com究。电话：18974974382，E－mail：zhoudb@mail．通讯联系人：周德璧（1952－），中南大学教授，博士生导师，从事电化学研究。电话：13875977107，

csu．edu．cn

BTS系列高精度电池测试系统进行恒流放电测试。

2

2．1

结果与讨论

电解液成分对锌电极电化学性能的影响

约为5mol/L，为防止NH4Cl结晶析出阻塞电池的正负极，增大电池极化过电位，致使放电性能下降，所以NH4Cl作为电解液的最佳浓度宜为4mol/L。

Table1

［8］

表1氯化铵在水中的溶解度

Thesolubilityofammoniumchlorideinwater

电解液成分对锌电极电化学性能的影响见图1

。

温度/℃01020253040

溶解度/g28．031．234．436．037．440．3

2．3

添加剂对锌电极电化学性能的影响

测试锌电极在4mol/LNH4Cl+Xmol/LKCl（X

Fig．1

图1锌电极线性扫描伏安曲线

LinearsweepvoltammetrycurvesofZnanodes

=0，0．5，1，2，3）及4mol/LNH4Cl+1mol/LZnCl2六种电解液中的线性扫描伏安曲线，并组装电池进行恒流放电测试，见图3～图5

。

由图1可知，在电位区间0～0．29V内，相同电

1mol/LZnCl2和1mol/LKCl的电流密度基位下，

1mol/LNH4Cl的电流密度最大，本相等，说明在此

ZnCl2电位区间NH4Cl对锌电极的活化能力最强，和KCl对锌电极的活化能力相近。而在电位区间

0．29～0．5V内，1mol/LNH4Cl和相同电位下，1mol/LKCl的电流密度基本相等，1mol/LZnCl2的

说明在此电位区间ZnCl2对锌电极电流密度最大，

NH4Cl和KCl对锌电极的活化能的活化能力最强，

力相近。因此，对于小电流密度放电，选用NH4Cl溶液作为主体电解液对锌电极极化最小，对于高电流密度放电，选用ZnCl2溶液作为主体电解液对锌电极极化最小。

2．2NH4Cl浓度对锌电极电化学性能的影响

NH4Cl浓度对锌电极电化学性能的影响见图2

。

图3不同添加剂的锌电极线性扫描伏安曲线Fig．3LinearsweepvoltammetrycurvesofZn

anodeswithadditivesinelectrolytes

ZnCl2在高电流密度下对锌电极具由图3可知，

在4mol/LNH4Cl中加入1mol/L有高活化能力，

ZnCl2，大大提高了锌电极在高电流密度时的活性，但对低电流密度活性改善很小；而加入1mol/LKCl

则在过电位低于0．3V时，对锌电极活化能力远高于未加添加剂和加入ZnCl2的，在过电位高于0．3V时，对锌电极活化能力介于二者之间

。

Fig．2

图2锌电极线性扫描伏安曲线

LinearsweepvoltammetrycurvesofZnanodes

图4

添加KCl的电解液的锌电极线性扫描伏安曲线Fig．4LinearsweepvoltammetrycurvesofZn

anodeswithKClinelectrolytes

由图2可知，随着NH4Cl溶液浓度的增大，相同电位下，电流密度也相应增加，但NH4Cl溶解度在0℃时其溶解度随环境温度变化较大（见表1），

KCl作为导电盐加入到NH4Cl溶由图4可知，

液中，可以改善溶液的离子导电性，随着KCl浓度增相同电流密度下，锌电极的极化就越小，当KCl加，

浓度达到2mol/L时，混合电解液对锌电极的活性达到最大，继续增加KCl浓度，锌电极活性基本不变甚至降低。出于成本和同离子效应考虑，以4mol/LNH4Cl+2mol/LKCl作为电解液最合适

。

（3）在NH4Cl溶液中添加KCl可提高溶液 …… 此处隐藏：3843字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……