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为了解决锌空气电池放电电流密度小以及在储存过程中存在的自放电严重、电解质溶液碳酸化、失水、吸潮、爬碱和漏液等关键技术难题,促进其实现实用化和产业化,本文设计了一种干荷电式锌空气电池,并采用扫描电镜(SEM)、二次电池检测仪、电化学工作站等多种分析测试手段对其空气扩散电极的制备工艺、后处理工艺、锌电极的结构和制备工艺,以及环境条件对干荷电式锌空气电池电性能的影响等进行了较系统、深入的探索和研究,为锌空气电池的发展提供了一种新的思路。同时,我们还发明了一种锌空气电池电催化剂的制备方法--溶液法,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TG)、电化学工作站等多种现代分析测试手段研究了锌空气电池电催化剂的制备工艺对其电催化性能的影响,得到如下主要的结论:
1)采用溶液法可以合成具有尖晶石型晶态结构的LiMn<,2-x>Co<,x>O<,4>系列电催化剂,当分子式中的x=0.5,热处理温度为600℃、保温时间为5h时,所得产物LiMn<,l.5>CO<,0.5>O<,4>对氧气的还原具有最高的电催化活性。用溶液法合成LiMn<,2-x>CO<,x>O<,4>电催化剂的制备工艺简单易行。以溶液法合成产物的电催化活性比以高温固相法合成的产物的电催化活性更高,与以溶胶凝胶法合成产物的电催化活性接近。
2)采用超声波振荡搅拌分散法制备的空气扩散电极的放电电流密度显著大于采用机械搅拌分散方法制备的空气扩散电极的放电电流密度。用在无水酒精中浸泡空气扩散电极的方法能显著提高空气扩散电极的放电电流密度,并且浸泡12h后空气扩散电极的电性能达到最佳。
3)干荷电式锌空气电池具有优越的储存性能,储存12个月的容量损失仅为初始容量的3.5%;随着放电电流的增大和环境温度的降低,均可使干荷电式锌空气电池的放电容量减小;干荷电式锌空气电池采用连续放电方式比采用间歇放电方式具有更大的放电容量;采用更换负极的方式可使干荷电式锌空气电池重复使用,但干荷电式锌空气电池的放电容量会随着电池正极重复使用次数的增加而衰减。这种性能衰减可以通过用稀盐酸清洗空气扩散电极的方法而得到基本的恢复。
4)使用过的废旧锌电极可以通过先将其溶解在碱液里,然后电解的方法还原出泡沫锌粉而得到再生。而且,用这种电解还原锌粉所制备的锌电极具有更优良的放电性能。