铝空气电池阳极耐蚀性及待机保护介质的研究
发布时间：2021-05-19 09:03
铝空气电池具有仅次于锂空气电池的理论比能量(8.14k W·h·kg-1),具有广阔的应用前景。然而,放电过程中铝阳极不均匀消耗和铝残渣的产生,导致电池存在稳定性和安全性的问题,另一方面,电池的间歇性能差,严重限制了铝空气电池的产业化。针对上述问题,本论文分别从改善电流分布、设计过滤层和待机保护介质几方面开展优化和研究,达到阳极腐蚀更均匀、阻截铝残渣、降低待机状况下的自腐蚀的效果,改善电池的放电的稳定性、安全性,提高电池的间歇性能。改善电流密度的研究主要通过极耳位置的设计和优化来实现,设计并制备了偏极耳、中极耳和正中极耳三种位置的铝阳极,并通过COMSOL Multiphysics?软件对阳极表面的电位分布和一次电流密度分布进行了模拟计算,表明正中极耳使阳极表面电位和电流密度分布更加均匀。电化学测试表明,三种极耳位置中,正中极耳铝合金阳极具有最优异的电化学性能,最负的开路电位,腐蚀速率最低(6.27 m A·cm-2),具有更好的耐蚀性;与偏极耳相比,使用正中极耳铝合金阳极的电池具有优异的大电流放电性能,在100 m A·cm-2<...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 铝空气电池概述
1.3 铝空气电池关键组成
1.3.1 铝合金阳极
1.3.2 空气电极的催化剂
1.3.3 电解液
1.4 铝空气电池待机保护研究
1.5 铝空气电池自腐蚀问题研究
1.5.1 电解液添加剂改进耐蚀性
1.5.2 铝合金阳极处理改进耐蚀性
1.5.3 其他改进方式
1.6 主要研究内容
第2章 实验部分
2.1 实验药品及仪器设备
2.2 铝空气电池单体的制备与组装
2.2.1 铝合金阳极的制备
2.2.2 C/Ag空气电极的制备
2.2.3 碱性电解液的制备
2.2.4 铝空气电池单体的组装
2.3 电化学性能测试
2.3.1 铝合金阳极开路电压的测试
2.3.2 铝合金阳极线性极化曲线测试
2.3.3 铝合金阳极Tafel曲线测试
2.3.4 铝合金阳极恒流极化曲线的测试
2.3.5 铝合金阳极电化学交流阻抗谱测试
2.3.6 铝空气电池放电性能测试
2.3.7 铝空气电池间歇放电性能测试
2.4 物理性能表征
2.4.1 X射线粉末衍射分析(XRD)
2.4.2 扫描电子显微镜测试(SEM)
2.5 失重法测试腐蚀速率
2.6 电极电位与电流密度分布模拟方法
第3章 铝合金阳极耐蚀性的研究
3.1 引言
3.2 铝合金阳极自腐蚀速率的研究
3.3 极耳位置分布的研究
3.3.1 极耳位置设计
3.3.2 铝合金阳极表面电流密度分布的研究
3.3.3 极耳位置对铝合金阳极电化学性能的影响
3.3.4 极耳位置对铝空气电池放电性能的影响
3.4 全覆盖式过滤层的研究
3.4.1 全覆盖式过滤层材料的选择
3.4.2 全覆盖式过滤层对电池性能的影响
3.5 本章小结
第4章 铝空气电池待机保护介质的研究
4.1 引言
4.2 铝阳极连续放电与间歇性放电性能研究
4.3 待机保护方法的研究
4.3.1 待机保护实验的设计
4.3.2 不同待机保护方法对放电性能的影响
4.3.3 铝合金阳极在醋酸溶液中的电化学行为研究
4.4 待机保护介质对阳极与空气电极的影响
4.4.1 铝合金阳极在不同待机保护介质中的电化学性能研究
4.4.2 待机保护介质对空气电极毒害性的研究
4.4.3 扩散层与催化层的SEM测试
4.5 待机保护介质对电池间歇性能的影响
4.5.1 不同待机保护介质对电池放电性能的影响
4.5.2 待机保护介质间歇性能差异的分析
4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝空气电池的研发与应用思考[J]. 包文涛,曾晖,陈满骄. 广东化工. 2019(24)
[2]铝空气电池用6061和7075铝合金阳极电化学性能[J]. 杨亚刚,俞小花,张磊,史春阳,庄晓东,谢刚. 化工进展. 2020(01)
[3]疏水铝复合负极的制备及在空气电池中的表征[J]. 姚思澄,刘崇武,杜月秀,杨建华,刘宇. 电源技术. 2019(06)
[4]α、γ、δ-MnO2制备及在铝空气电池中的应用[J]. 冯攀,俞小花,李永刚,俞双林,李荣兴,谢刚. 材料科学与工程学报. 2019(03)
[5]铝-空气电池的研究进展[J]. 宋时莉,李黎明,魏海兴. 电源技术. 2018(09)
[6]L-半胱氨酸/ZnO缓蚀剂对3102铝合金在碱性溶液中电化学性能的影响[J]. 马景灵,通帅,任凤章,王广欣,李亚琼,文九巴. 中国腐蚀与防护学报. 2018(04)
[7]薄膜铝空气电池阴极的制备[J]. 苏扬,左园杰,廉鹏程,姚国胜,许权飞,许恒铭,韩凯航,龚祝玉. 广州化工. 2018(08)
[8]A comprehensive review on recent progress in aluminum-air batteries[J]. Yisi Liu,Qian Sun,Wenzhang Li,Keegan R.Adair,Jie Li,Xueliang Sun. Green Energy & Environment. 2017(03)
[9]金属-空气电池的研究进展[J]. 李华,高颖,隋旭磊,王振波. 炭素. 2017(02)
[10]铝空气电池关键技术研究进展[J]. 王诚,邱平达,蔡克迪,肖尧,杨蕊,左朋建. 化工进展. 2016(05)
博士论文
[1]全固态聚合物铝空气电池研究[D]. 张昭.吉林大学 2014
硕士论文
[1]铝空气电池电解液添加剂的研究[D]. 许超.哈尔滨工业大学 2018
[2]铝空气电池阳极缓蚀与盐藻絮凝采收耦合工艺研究[D]. 刘青.厦门大学 2018
本文编号：3195506
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 铝空气电池概述
1.3 铝空气电池关键组成
1.3.1 铝合金阳极
1.3.2 空气电极的催化剂
1.3.3 电解液
1.4 铝空气电池待机保护研究
1.5 铝空气电池自腐蚀问题研究
1.5.1 电解液添加剂改进耐蚀性
1.5.2 铝合金阳极处理改进耐蚀性
1.5.3 其他改进方式
1.6 主要研究内容
第2章 实验部分
2.1 实验药品及仪器设备
2.2 铝空气电池单体的制备与组装
2.2.1 铝合金阳极的制备
2.2.2 C/Ag空气电极的制备
2.2.3 碱性电解液的制备
2.2.4 铝空气电池单体的组装
2.3 电化学性能测试
2.3.1 铝合金阳极开路电压的测试
2.3.2 铝合金阳极线性极化曲线测试
2.3.3 铝合金阳极Tafel曲线测试
2.3.4 铝合金阳极恒流极化曲线的测试
2.3.5 铝合金阳极电化学交流阻抗谱测试
2.3.6 铝空气电池放电性能测试
2.3.7 铝空气电池间歇放电性能测试
2.4 物理性能表征
2.4.1 X射线粉末衍射分析(XRD)
2.4.2 扫描电子显微镜测试(SEM)
2.5 失重法测试腐蚀速率
2.6 电极电位与电流密度分布模拟方法
第3章 铝合金阳极耐蚀性的研究
3.1 引言
3.2 铝合金阳极自腐蚀速率的研究
3.3 极耳位置分布的研究
3.3.1 极耳位置设计
3.3.2 铝合金阳极表面电流密度分布的研究
3.3.3 极耳位置对铝合金阳极电化学性能的影响
3.3.4 极耳位置对铝空气电池放电性能的影响
3.4 全覆盖式过滤层的研究
3.4.1 全覆盖式过滤层材料的选择
3.4.2 全覆盖式过滤层对电池性能的影响
3.5 本章小结
第4章 铝空气电池待机保护介质的研究
4.1 引言
4.2 铝阳极连续放电与间歇性放电性能研究
4.3 待机保护方法的研究
4.3.1 待机保护实验的设计
4.3.2 不同待机保护方法对放电性能的影响
4.3.3 铝合金阳极在醋酸溶液中的电化学行为研究
4.4 待机保护介质对阳极与空气电极的影响
4.4.1 铝合金阳极在不同待机保护介质中的电化学性能研究
4.4.2 待机保护介质对空气电极毒害性的研究
4.4.3 扩散层与催化层的SEM测试
4.5 待机保护介质对电池间歇性能的影响
4.5.1 不同待机保护介质对电池放电性能的影响
4.5.2 待机保护介质间歇性能差异的分析
4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝空气电池的研发与应用思考[J]. 包文涛,曾晖,陈满骄. 广东化工. 2019(24)
[2]铝空气电池用6061和7075铝合金阳极电化学性能[J]. 杨亚刚,俞小花,张磊,史春阳,庄晓东,谢刚. 化工进展. 2020(01)
[3]疏水铝复合负极的制备及在空气电池中的表征[J]. 姚思澄,刘崇武,杜月秀,杨建华,刘宇. 电源技术. 2019(06)
[4]α、γ、δ-MnO2制备及在铝空气电池中的应用[J]. 冯攀,俞小花,李永刚,俞双林,李荣兴,谢刚. 材料科学与工程学报. 2019(03)
[5]铝-空气电池的研究进展[J]. 宋时莉,李黎明,魏海兴. 电源技术. 2018(09)
[6]L-半胱氨酸/ZnO缓蚀剂对3102铝合金在碱性溶液中电化学性能的影响[J]. 马景灵,通帅,任凤章,王广欣,李亚琼,文九巴. 中国腐蚀与防护学报. 2018(04)
[7]薄膜铝空气电池阴极的制备[J]. 苏扬,左园杰,廉鹏程,姚国胜,许权飞,许恒铭,韩凯航,龚祝玉. 广州化工. 2018(08)
[8]A comprehensive review on recent progress in aluminum-air batteries[J]. Yisi Liu,Qian Sun,Wenzhang Li,Keegan R.Adair,Jie Li,Xueliang Sun. Green Energy & Environment. 2017(03)
[9]金属-空气电池的研究进展[J]. 李华,高颖,隋旭磊,王振波. 炭素. 2017(02)
[10]铝空气电池关键技术研究进展[J]. 王诚,邱平达,蔡克迪,肖尧,杨蕊,左朋建. 化工进展. 2016(05)
博士论文
[1]全固态聚合物铝空气电池研究[D]. 张昭.吉林大学 2014
硕士论文
[1]铝空气电池电解液添加剂的研究[D]. 许超.哈尔滨工业大学 2018
[2]铝空气电池阳极缓蚀与盐藻絮凝采收耦合工艺研究[D]. 刘青.厦门大学 2018
本文编号：3195506
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