KOH溶液中铟对锌电化学行为影响的研究

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本文采用多种电化学方法和非电化学方法,包括线性电位扫描、循环伏安、电位衰减、计时电量、计时电位、电化学交流阻抗谱、析氢实验、XRD、SEM、ICP等,研究了(1)几种缓蚀剂对锌腐蚀的缓蚀效果;(2)铟和锌在3mol/L KOH溶液中的电化学行为;(3)化学镀铟和锌铟合金对锌在3mol/L KOH溶液中的电化学行为的影响.得到如下结果: 1.使用有些无机和有机缓蚀剂组合能起到协同作用。 2.In2O3粉末在3mol/L KOH中的阴极行为分两步还原为单质In。动力学上In2O3能与Zn发生反应,铟在锌表面沉积。 3.铟在3mol/L KOH溶液中的阴极行为(即析氢反应)受电化学反应步骤控制;阳极氧化机理遵从溶解—沉积机理,涉及如下反应: In(?)In++e- (1) In++xOH-→[In(OH)x]1-x(x≥3) (2) [In(OH)x]1-x+(3+y-x)OH-(?)[In(OH)3+y]y-(y≥1)+2e- (3) 较低电位下,反应(1)、(2)较快,反应(3)较慢,表现为一电子反应,较高电位下,反应(1)、(2)和(3)都较快,表现为三电子反应。活化区内的反应主要受扩散步骤控制。当电极表面[In(OH)3+y]y-浓度足够高时,便有[In(OH)3]ad沉积: [In(OH)3+y]y-(?)[In(OH)3]ad+yOH- (4) 阳极极化曲线表现为第一个氧化峰,电位较正时出现第二个氧化峰,是In(OH)3沉积层下基体铟氧化的结果,氧化产物是非计量的In2O3,其稳定性与阳极电位有关。 4.锌在3mol/L KOH溶液中的阴极行为(即析氢反应)也是受电化学反应步骤控制。锌在碱液中于开路电位下即被腐蚀,活化区内发生如下反应: Zn+4OH-(?)Zn(OH)42-+2e- (5) Zn+4OH-(?)ZnO22-+2H2O+2e- (6) 当ZnO22-或Zn(OH)42-的浓度足够高时,便有Zn(OH)2沉积,出现第一个阳极峰。随后,Zn(OH)2沉积层下的基体Zn氧化形成锌的氧化物,出现第二个阳极峰: Zn+2OH-(?)ZnO+H2O+2e- (7) 锌氧化物形成后电极进入钝化区。ZnO和Zn(OH)2都能在碱液中溶解: ZnO+H2O(?)Zn(OH)2 (8) Zn(OH):+ZoH一二=户zn(oH)42一(9) 5.镀锢锌电极和锢锌合金电极在3m。呱KOH溶液中的阴极行为(即析氢反应)也是受电化学反应步骤控制. 表面沉积锢能有效提高锌表面的析氢过电位,增大析氢电阻,抑制锌腐蚀共扼反应中的阴极支,因此表面沉积锢能有效抑制锌在开路时的自放电,表现为开路时的腐蚀反应电阻增大.厚度适量的镀锢层能提高锌在放电初期的活性,锌的阳极溶解是通过形成锌一锢溶液来完成的.此外厚度适量的镀锢层还能提高锌的可充性能,这在二次锌电池中的应用很有意义. 在锌粉中添加锢也能有效抑制锌表面的析氢反应,这种抑制作用随电极中锢含量的增多而加强.锌在锌锢合金中的阳极溶出机理与金属单质锌相同,但不同于表面覆盖锢层的金属锌.
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