水体系电解液中Zn-PANI二次电池的性能研究

发布时间：2018-06-12 23:23

本文选题：锌 + 锌枝晶　；参考：《扬州大学》2017年硕士论文

【摘要】：能源是人们生活和生产不可缺少的重要组成部分,随着社会的发展,人们对能源的需求日益增加,带来的环境问题也日益严重。为了社会和经济的可持续发展以及人类的健康,清洁、环保、无污染、低成本、高比能量的绿色能源受到政府和研究者的高度重视。锌-聚苯胺二次电池由于具有成本低、绿色、安全、无污染等优点很具有研究开发的潜力。但是由于锌-聚苯胺电池在充放电过程中会有锌枝晶的产生造成电池短路,聚苯胺的降解、锌电极的腐蚀、电解液pH值以及集流体和隔膜的缺陷使电池的循环寿命降低等一系列问题,阻碍了锌-聚苯胺电池的工业化生产。本论文针对以上问题,开展了以下工作。通过循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)、塔菲尔曲线、扫描电子显微镜(SEM)等方法分别研究了锌电极在添加了适量的不同种类、不同浓度的添加剂(一元羧酸盐、二元羧酸盐、三元羧酸盐以及混合羧酸盐)并配制成不同酸度的水体系电解液中的电化学性质,然后通过分析对比锌电极在电解液中表现的性质,确定较佳的电解液的组成成分。研究表明:在含Cl-的水体系电解液中,添加适量的某一元羧酸盐(SP)和某二元羧酸盐(SM)添加剂能提高锌电极的电化学性能,而且锌电极在其中也不易发生自腐蚀现象。然后再通过改变电解液的pH及组成成分的浓度选出较佳的电解液体系。结果表明,在电解液pH约为4.0,ZnCl2浓度为0.20mol dm-3,NH4Cl浓度为0.50 mol dm-3,SP 浓度为 0.10 mol dm-3;SM 浓度为 0.20 mol dm-3,Na2A 浓度为 0.25 mol dm-3,Na3B浓度为0.05moldm-3时,锌电极的电化学性能、稳定性以及体系的可逆性最佳。通过红外(FT-IR)、紫外(UV)、X射线衍射(XRD)以及扫描电子显微镜(SEM)等表征方式对比分析了聚苯胺的不同合成方式对聚苯胺结构的影响。发现合成方式的改变对聚苯胺的结构不会造成明显影响。参照锌电极性质的研究,在氯离子体系电解液中添加适量的不同种类、不同浓度的添加剂,通过循环伏安、交流阻抗以及充放电等方法,探讨出聚苯胺电极最合适的水体系电解液的组成配比,再通过研究聚苯胺分别在不同pH值的水体系电解液中的电化学性质,选择出最佳的pH值。实验结果显示,聚苯胺电极在电解液pH约为4.0,ZnC12浓度为0.20 mol dm-3,NH4Cl浓度为0.50 mol dm-3,SP 浓度为 0.10 mol dm-3;SM 浓度为 0.20 mol dm-3,Na2A 浓度为 0.25 mol dm-3,Na3B浓度为0.05 mol dm-3时,能发挥最好的电化学活性。这与锌电极对电解液配比要求的条件一致。研究了不同集流体材料:导电玻璃纸、不锈钢网、软石墨和碳布的性能。采用循环伏安,电化学交流阻抗以及动电位极化等手段,对比了不同的空白集流体在电解液中的化学和电化学稳定性。然后以化学氧化法或电化学沉积合成的聚苯胺为正极材料,打磨后的锌片为负极材料,以(0.50 mol dm-3 NH4C1 + 0.20 mol dm-3 ZnCl2+ 0.05 mol dm-3 Na3B + 0.20 mol dm-3 SM + 0.10 mol dm-3 SP + 0.25 mol dm-3 Na2A)体系作为电解液,组装成锌-聚苯胺二次电池,重点研究了不同的充电上限电压、放电下限电压、电流密度、隔膜等条件对锌-聚苯胺二次电池的充放电性能影响。得出最合适的充放电条件:电解液pH4.0时,充电上限电势为1.5V,放电下限电势为0.7V,电流密度为40 mAg-1,以吸水纸为隔膜,锌-聚苯胺电池的放电比容量最高可达129.5 mAh g-1。锌-聚苯胺二次电池在充放电1000次循环后,电池的比容量仍能保持在94.3 mAh g-1,库伦效率在90%以上,而且在负极材料锌片的表面也没有发现锌枝晶。
[Abstract]:This paper studies the electrochemical properties of zinc - polyaniline secondary batteries with low cost , green , safe , pollution - free , low cost and high specific energy . The effects of different synthetic methods on the structure of polyaniline were studied by means of IR ( FT - IR ) , ultraviolet ( UV ) , X - ray diffraction ( XRD ) and scanning electron microscope ( SEM ) . The charge - discharge performance of zinc - polyaniline secondary battery was studied with ( 0.50 mol dm - 3 NH4C1 + 0.20 mol dm - 3 ZnCl 2 + 0.05 mol dm - 3 Na3B + 0.20 mol dm - 3 SM + 0.10 mol dm - 3 SP + 0.25 mol dm - 3 Na2A ) as electrolyte .
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O646;TM912

【相似文献】