铝空气电池的研究与设计

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangliyong6666
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铝空气电池因具有比能量高、成本较低、易于加工等优点,近些年已成为新能源领域的研究热点。虽然铝空气电池优点很多,但是铝电极在碱性溶液中发生析氢副反应。所以如何抑制这个反应成为当前研究的重点。本论文在电解液添加剂和铝电极表面处理这两方面来对铝空气电池进行研究。主要做了以下几方面工作:(1)对无机-有机型复合添加剂进了研究。无机添加剂为Na2SnO3,有机添加剂为单元醇和多元醇,单元醇为甲醇和乙醇,多元醇为乙二醇和丙三醇。经过析氢测试以及电池性能测试,结果表明,当为Na2SnO3+丙三醇时,抑制腐蚀效果较好,此时的析氢速率最低,相比较空白组,析氢速率降低了49%。铝空气电池的整体能量密度由161.69提高到697 Wh·kg-1。(2)为了探究Na2SnO3和醇类复合添加剂对铝空气电池的抑制机理。对Na2SnO3-乙二醇复合添加剂进行深入研究。通过SEM、XRD、XPS、红外等测试等对经过Na2SnO3-乙二醇复合添加剂处理后的铝电极进行分析总结,提出了一种Na2SnO3和乙二醇复合添加剂在铝电极表面沉积的机理图。乙二醇的存在有利于锡单质在铝电极表面更均匀、更致密地沉积,从而更有效地抑制腐蚀,提高铝电极放电效果。通过VASP模拟分析计算,验证了乙二醇的存在对于锡单质吸附在铝电极表面确实有促进作用。(3)对于铝电极表面处理采用了在铝电极表面镀锡、铜、锌三种金属。所镀工艺分别为置换法以及电化学法。对处理后的铝电极进行电化学测试、析氢测试和表面形貌测试,实验结果表明当镀层为锡和锌时,经过电化学法镀层后的铝电极有更好的抑制析氢效果,电池的整体能量密度更高。当表面镀层为铜时,经过电化学法镀铜后的铝电极相比于置换法镀铜后有更好的抑制析氢效果,电池的能量密度较高,但是比铝电极表面电化学镀锌、镀锡时差一些。
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