阿拉伯糖对铝-空气电池中铝合金电极电化学活性及腐蚀性能的影响.pdf

故?係
第49卷?第7期?2016年7月
验?
阿拉伯糖对铝-空气电池中铝合金电极
电化学活性及腐蚀性能的影响
神政武,王为
(天津大学化工学院应用化学系,天津300072)
[摘要]为了获得既高效又不降低电极电化学活性的新型铝-空气电池用电解液缓蚀剂,针对商品化的铝-空气
电池用铝合金电极材料和空气电极,通过电化学分析并结合腐蚀产物的结构及形貌分析,研究了阿拉伯糖对铝合
金电极和空气电极的电化学活性以及铝合金电极腐蚀行为的影响。结果表明:在碱性电解液中加入阿拉伯糖,有利
于铝合金电极的活性溶解,提高铝合金电极的电化学活性,同时不影响空气电极的电化学活性;阿拉伯糖的加入可有
效降低放电过程中铝合金电极的腐蚀,大幅度提高铝合金电极的利用率,其浓度应控制在(0.1~0.5)×10-3mo/L。
[关键词]铝-空气电池;铝阳极;缓蚀剂;阿拉伯糖
[中图分类号]TG]74.42「文献标识码]A[文章编号]1001-1560(2016)07-0001-04
0前
从阿拉伯糖的分子结构特点出发,对电解液中阿拉伯
糖的作用机制进行了分析。
铝-空气电池以铝合金为负极,空气电极为正极,
以碱性溶液(如NaOH、KOH)或者中性盐溶液(如
试验
NaCI)为电解液。铝·空气电池放电过程中,处于中性1.1试材前处理及电解液的组成
或碱性电解液中的铝合金电极会发生腐蚀并伴随着氢
铝合金电极材料及空气电极材料均为某商品化产
气的生成2,其利用率也因此降低。在电解液中添加品,铝合金中铝含量为98.8%。铝合金表面依次用
缓蚀剂可降低铝合金电极的腐蚀。用于铝-空气电池300,60,8001200号金相砂纸打,用丙嗣除油、蒸馏
的缓蚀剂处于强电场环境条件下,其存在不应降低铝水洗。电解液为3%NaCI(质量分数,下同)+4%KOH+
合金电极和空气电极的电化学活性。常见的铝-空气(0,0.1,0.5,2.0,10.0)x103mo/L阿拉伯糖。
电池电解液用无机缓蚀剂为锡酸钠“,有机缓蚀剂有1.2电化学分析
氨基酸、酚类、脂肪族醛、苯甲酸等,有机缓蚀剂的
电化学测试在CHI660B工作站上进行。采用三电
研究晚于无机缓蚀剂。但上述缓蚀剂均存在缓蚀效果
极二回路的测试体系,将铝合金用AB胶密封,预留工
不佳或者降低电极的电化学活性等问题。因此,有必
作面积10mmx10mm。参比电极为Hg/Hg0电极,辅
要寻找一种既高效又不降低电极表面活性的新型铝助电极为钉钛网。测试温度25℃,测试介质为不同阿
空气电池用电解液缓蚀剂。
拉伯糖浓度的电解液,无强制搅拌。
本工作以碱性溶液为电解液,以阿拉伯糖为缓蚀
采用线性电位扫描法测试极化曲线,起扫电位为
剂,采用电化学测试技术及放电试验,并结合腐蚀产物开路电位,电位扫描速度为0.1mV/,阳极极化曲线的
形貌分析,研究了阿拉伯糖对铝合金电极和空气电极电位扫描终点为-1.0V,阴极极化曲线的为-0.4V
的电化学活性以及铝合金电极腐蚀行为的影响,同时交流阻抗谱(ES)的测试电位为-1.45V,交流电位幅
值为5mV,测试频率为1.0x(10-2~103)Hz。文中
[收稿日期]2016-01-30
通信作者了]王为(1962-),博士,教授,研究方向为新
电位均为相对Hg/HgO电极。
型高比能化学电源及物理电源,电话:02-1.3铝合金电极腐蚀速率与利用率测试
27402895,E-mail:wangweipaper@163.com
采用CT2001A型电池充放电测试仪,将铝合金电
Vol 49 No.7 Jul. 2016
Mlcteziatds rotection
极与空气电极放入25℃的不同阿拉伯糖浓度电解液极表面开始析出氧气,致使D点之后的电流密度随着
中组成电池,进行恒流放电。恒流放电的电流密度为极化电位的正移急速上升。图1中各曲线具有相同的
30mA/cm2,放电时间为120min。用软毛刷子去除放变化趋势,表明铝合金电极在碱性溶液中的电化学极
电后铝合金表面的腐蚀产物,用蒸馏水冲洗干净,吹干化行为并不因阿拉伯糖的加入而改变。
后称重。称量放电前后铝合金电极的质量,利用下式
将图1中各曲线在电位-1.2V(铝一空气电池放
计算铝合金电极的腐蚀速率υ与利用率?:
电时铝合金电极的电位)处的电流密度与对应的阿拉
mo - mi-2
伯糖浓度作图,结果见图2。由图2可知:随着溶液中
St
阿拉伯糖浓度的增加,铝合金电极的电流密度不断上
=m2/(mo。-m1)×100%
升;当阿拉伯糖浓度超过0.5x10-3umol/L之后,电流
式中m。一铝合金电极放电前质量,g
密度又随着阿拉伯糖浓度的增加而下降;当阿拉伯糖
一铝合金电极放电后质量,g
浓度接近10.0×10-3moLL时,电流密度随溶液中阿拉
用于放电反应消耗铝的质量,g
伯糖浓度的增加变化很小;在所研究的阿拉伯糖浓度范
S一一铝合金电极面积,cm
围内,阿拉伯糖的添加均提高了铝合金电极的电流密度,
t一放电时间,min
说明电解液中阿拉伯糖的存在有利于铝合金电极的活性
1.4形貌及成分分析
溶解,可提高铝合金电极的电化学活性,为使铝合金电极
用D-0739型体视显微镜观察铝合金电极放电后具有高的电化学活性,碱性溶液中添加阿拉伯糖的浓度
的表面形貌。收集铝合金电极放电形成的腐蚀产物,应控樹在(0.1-0.5)×10 mol/L范围。
用D-8型X射线衍射仪(XRD)分析其成分:管压40
kV,管电流40mA,衍射靶为Cu靶,入射线波长为
0.1542nm,扫描速率4(/min,扫描范围20°~70°。
0
2结果与讨论
2.1阿拉伯糖对铝合金电极电化学活性的影响
012345678910
图1为铝合金电极在不同阿拉伯糖浓度电解液中
C(阿拉伯糖)/(102mol?L)
的阳极极化曲线。
图2阿拉伯糖浓度对铝合金电极在电位
1.2V处电流密度的影响
200
10.0x10moM,
2.2阿拉伯糖对空气电极电化学活性的影响
2. x 10,mol/L
120
0.5×10mol/
图3为空气电极在不同阿拉伯糖浓度电解液中的
阴极极化曲线。由图3可知,在所研究的阿拉伯糖浓
D
G.未添加
度范围内,空气电极阴极极化曲线的变化趋势相同,而
0.1 x 10 moll,
且非常接近。上述结果表明,控制碱性电解液中阿拉
5-1.4-1.3-1.2-1.1-1.0
伯糖浓度在(0.1~10.0)x103mol/L范围内时,阿拉
图1阿拉伯糖浓度对铝合金电极阳极极化曲线的影响
伯糖的存在基本不影响空气电极的电化学活性。
从图1可以看出,随着极化电位的正移,各曲线均
80
呈现出相同的变化趋势,即随着电位的正移,电流密度
60}:-05x10°moML
只50F:-2-0×10°md
从A点开始不断增加,到达B点之后开始大幅下降,C
1.0 x 10/L
点之后又随着电位的正移开始逐渐上升,D点之后开
20
始迅速増加。在A点至B点的电位区间内,铝合金的
0