可逆锌-空气电池锌阳极研究进展及挑战

锌-空气电池因安全性高、容量大、成本低和环境友好等特点而受到广泛关注。其中,锌-空气电池阴极双功能催化剂的设计开发取得了突破性进展。因此,锌阳极的可逆性成为决定锌-空气电池充放电性能的关键。然而,锌阳极仍面临枝晶、形变、钝化、析氢腐蚀等严重挑战,直接阻碍了可逆锌-空气电池的实际应用。为此,本文从枝晶形成、电极形变、钝化、析氢腐蚀四个方面系统介绍了锌阳极研究现状;讨论了添加剂、涂层、隔膜和充电方式对锌枝晶生长的影响;提出了电极形变的机理和常见解决方案;归纳了锌阳极发生钝化的关键因素和影响机制;分析了合金组分对析氢腐蚀的抑制。最后,基于锌阳极当前的主要研究现状,本文展望了获得稳定可逆锌阳极的多种策略及研究方向。

锌阳极氮掺杂多孔碳表面功能层设计及可逆性研究

锌阳极因枝晶生长、析氢、形变和钝化等挑战,成为限制锌空气电池充放电循环性能的关键因素。本工作以聚季铵盐为碳源和氮源,通过硬模板法制备出具有丰富介孔结构的碳材料,并将其作为锌阳极的表面功能层(N-MC@Zn)。其中,N-MC@Zn的比表面积高达590.06 m^(2)·g^(-1),平均孔径为22 nm。研究表明,锌阳极表面构建氮掺杂的多孔碳功能层,在一定程度上有效缓解了上述寄生反应带来的负面影响。特别是多孔碳涂层丰富的孔隙为锌沉积/剥离提供了缓冲区,极大提高了锌离子的沉积动力学,稳定了其沉积/剥离过程,缓解了锌阳极的析氢腐蚀;此外,多孔碳涂层内的各向异性避免了尖端效应,抑制了枝晶生长。基于上述优势,N-MC@Zn表现出优异的充放电稳定性(140 h, 700次循环)、倍率充放电特性(0.5C~10C)以及放电容量。以上结果表明,多孔碳材料可作为高性能锌阳极功能层材料,为锌阳极涂层设计领域提供了新的视角。

浅议改进酸性镀锌阳极悬挂方式的方法

传统镀锌工艺阳极板直挂自身特点限制,在批量电镀生产中阳极损耗严重,呈宝剑状,无法满足镀锌工艺要求,损耗率高,电镀辅料成本增加。本次笔者就所在单位对库存10吨废旧锌板的再利用为例,结合镀锌阳极易溶解的特点,从阴阳极面积比和成本效益出发,探究提升镀锌槽阳极板利用率的有效方法,改进上主要从悬挂工装和加工方式上进行阐述,以供同行参考。

物理方法从锌阳极泥中分离锰与铅银矿物工艺研究

针对株冶锌电解阳极泥,开展了用浮选、重选和磁选等物理方法实现锰与铅银矿物分离的工艺试验研究。研究结果表明,在锌电解阳极泥中,锰的主要存在形式为锰钾矿(KMn8O16),铅的主要存在形式为铅矾(PbSO4),银的存在形式为氯银矿(AgCl)、氧银矿(Ag2O3)和含氧硝酸银(Ag7NO11)。浮选可以较好地回收氯银矿等含银矿物,但难以分离该体系中的锰钾矿和铅矾,高梯度磁选和摇床重选可以较好的分离铅和锰,但对含银矿物的分选效果差。采用"浮选-高梯度磁选-摇床重选"联合流程方案,获得了含银48 515 g/t的高品位银精矿、含铅60.89%的铅矾精矿和含锰50.17%的锰精矿,银和铅在铅银精矿中的回收率分别达到74.71%和84.78%,锰的回收率达到91.86%。

锌锰电池中锌阳极的缓蚀(上)

本文对Leclanche电池,碱性锌锰电池以及可充碱锰(RAM)电池的锌阳极的缓蚀问题作了综评,指出了目前的去汞后的防腐措施及生产工艺要求,以及研究方向。

锌锰电池中锌阳极的缓蚀(下)

3 锌阳极的缓蚀问题 3.3 添加无机缓蚀剂 无机缓蚀剂一般是氧化物、氢氧化物或金属盐,但多是有汞的存在下的情况。概括起来,无机添加物具有下列的效果: (1)抑制析氢,提高锌上的氢过电位,即起汞齐化的作用; (2)在不同的程度上减小了锌阳极的自放电溶解; (3)抑制锌枝晶的生长,形成锌与添加剂共沉积的紧密锌层; (4)作为锌紧密沉积的金属基底;

镧对锌阳极带低温脆性的影响

研究了镧的加入对锌阳极带韧脆转变温度的影响,并对其金相组织进行了观察。结果表明,适量镧对于改善锌阳极带的综合性能具有重要作用。同不含镧的锌带相比,加入0.1％镧的锌带的韧脆转变温度变化不大,加入0.3％镧的锌带的韧脆转变温度降低明显。添加适量镧后,锌阳极带组织性能也发生了变化。晶粒度从原来的6.5～7级变为8～9级左右。适量镧可以细化晶粒,改善内部组织,提高锌阳极带的综合性能。

锌阳极泥矿浆中铅银矿物的赋存状态及其与黄药的作用(英文)

用热力学方法分析锌阳极泥矿浆的强氧化背景矿浆电位及其对铅、银和黄原酸盐赋存状态的影响。结果表明,在强氧化背景矿浆电位下,铅以 Pb2+或 PbSO4形式存在,银以金属银、AgCl 和 Ag2O 等形式存在,黄原酸盐以其氧化后的二聚物双黄药形式存在。XRD 分析结果表明,锌阳极泥中的铅矿物主要是铅矾,主要的银矿物之一是氯银矿。单矿物浮选实验表明,双黄药对氯银矿的捕收力远强于对铅矾的。用 Material Studio(Adsorption Locater)模块计算了两种吸附质(铅矾和氯银矿)与不同吸附剂(双黄药, H2O, OH-, Cl-, SO42-)的作用能变化。结果表明,在存在 SO42-的条件下,双黄药只能吸附在氯银矿表面。红外光谱测试证实了双黄药对氯银矿的选择性吸附作用。

锌阳极泥-硫化锌精矿焙烧过程热力学分析

通过热力学理论分析,计算出锌阳极泥-硫化锌精矿混合焙烧过程可能发生的各反应吉布斯自由能;同时运用X射线衍射技术研究了焙烧过程中主要矿物物相的变化。理论和试验结果均表明:锌阳极泥-硫化锌精矿混合焙烧过程中,硫化锌首先发生氧化反应,生成ZnO和SO2,之后MnO2与SO2反应生成MnSO4。经混合焙烧工艺,有利于下一步的锰浸出工艺。

ICP-AES法测定锌阳极中的铝、镉、铁、铜、铅

通过分析高频功率、雾化压力、辅助气流量和泵速等试验条件,建立了ICP-AES法测定锌阳极中铝、镉、铁、铜、铅的方法。用该方法测定锌阳极中的铝、镉、铁、铜、铅,其RSD分别为0.17％、0.63％、2.7％、5.2％、2.5％,回收率分别为99.3％～101.2％、99.3％～100.3％、97.1％～102.2％、97.8％～100％、97.8％～102.9％。对锌阳极试样进行测定,该方法的测定结果与GB 4951-85方法的测定结果基本一致。

锌阳极泥制取碳酸锰的研究

以电解锌产生的阳极泥为原料,用≤0．246mm褐煤粉作还原剂,过量50％,焙烧温度750℃,时间8h,此时90％以上的四价锰还原为二价锰．还原后的焙烧粉经2．04mol／L硫酸浸出,浸出液用硫化钠除重金属后用碳酸氢铵进行复分解反应,制得优质的工业碳酸锰．浸锰后的铅、银渣,配入硫化铅精矿后进行火法熔炼,制成粗铅（含银）．

响应曲面法优化锌阳极泥还原浸出的工艺研究

使用葡萄糖还原剂,对锌阳极泥进行了还原浸出试验。通过响应曲面法的模型优化设计和分析,研究了浸出过程中硫酸用量、葡萄糖糖用量、浸出温度对锌阳极泥中锰和铅浸出率的影响,得到最佳优化还原锰的工艺条件,并获得了二阶多项式模型。在葡萄糖用量3.5 g、硫酸用量16 g、浸出温度90℃,在此优化条件下锰的浸出率为93.19%,铅浸出率为0.37%。

锌阳极原位固态电解质界面

锌离子电池具有巨大的成本和原料储量优势,有望突破铅酸电池的价格底线。此外,高安全、绿色环保等特点也符合国家战略需求和无铅化的发展趋势,有利于国家整体资源整合和利用,应用价值巨大。然而,阻碍其产业化的关键瓶颈主要在于锌阳极再充电过程中的不均匀沉积及枝晶现象,严重制约锌电池的循环稳定性及效率。

锌阳极泥过量对电锌酸浸影响的理论探讨与改进实践

根据电锌生产中出现的酸浸液含铁量不足的问题,探讨了利用锌阳极泥做酸浸除铁氧化剂的基本原理以及过量加入锌阳极泥浆液对酸浸过程尤其是对酸浸液中Fe离子含量的影响,。通过生产现场测定和Fe3+水解pH值计算论证了锌阳极泥的过量加入是导致酸浸液缺铁的根本原因。经过生产改进,消除了“缺铁”现象,取得了良好的生产效果。

稀土元素镧对锌阳极带电化学性能的影响

研究了镧的加入对牺牲锌阳极带电化学性能的影响。结果表明,稀土元素镧对锌阳极带的电位和电流效率影响很小,实验结果符合相关标准。证明在纯锌中添加微量稀土元素镧改善锌阳极带机械性能,同时保持必要的电化学性能的工艺方法是有效、可行的。

镁、锌阳极在北滩油库输油管道上的应用

埋于潮湿土壤里的镁、锌阳极，因氧的作用在外层生成高电阻率产物，严重影响镁、锌阳极输出电流。北滩油库输油管道带填料的镁阳极埋于长期水分充足的土壤里，使用６年后仍能正常输出电流，是因为水分充足的土壤少氧，有碍于在镁阳极外层生成高电阻率产物。

环氧冷缠带锌阳极防腐工艺在西峰油田的应用实践

套管腐蚀破损是影响陇东油区油田长期正常开发建设的主要技术难题。针对陇东油区西峰油田生产实际及该区域管柱腐蚀情况,阐述了适合于西峰油田套管保护的环氧冷缠带锌阳极工艺,通过该工艺首次在国内整装油田深井规模应用实践,评价了实际应用所取得的效果与效益,指出环氧冷缠带锌阳极防腐工艺具有研究扩展和应用延伸价值。

碱锰电池无汞锌阳极的缓蚀

利用收集气体法选择了无汞锌阳极的缓蚀剂，测定了析氢反应的活化能．组合缓蚀剂的缓蚀效果接近于含６％Ｈｇ的效果，用组合缓蚀剂代替汞后，新电池性能高于国标。

混合表面活性剂增敏铬天青S分光光度法测定锌阳极板中痕量铝

以铬天青S（CAS）为显色剂，CTMAB和PVA组成的混合表面活性剂为增敏剂，采用分光光度法测定了锌阳极板中痕量铝含量。探讨了铝与铬天青（CAS）的反应和显色条件，着重考察了不同的表面活性剂对体系的增敏作用。结果表明，在溴化十六烷基三甲胺（CTMAB）和聚乙烯醇（PVA）存在下和pH 6.6的乙酸铵-乙酸缓冲介质中，铝与CAS反应生成有色络合物，络合物的最大吸收波长位于629 nm处，表观摩尔吸光系数为1.46×10^5L·mol^-1·cm^-1，铝离子的质量浓度在0-400μg/L的范围内服从比尔定律。方法用于锌阳极板中铝的测定，样品加标回收率为95.5%-100.5%。

二次锌-空气电池锌阳极研究新进展

锌-空气电池具有高的理论能量密度(1086W?h/kg)、高安全性和低成本等优点,在电动汽车和便携式电子设备等应用中有望成为储能设备的候选,因此受到了广泛关注。锌阳极作为锌-空气电池的核心部位,目前面临诸多挑战:如枝晶生长、形变、钝化、析氢腐蚀等,限制了二次锌-空气电池的进一步发展和商业化,如何解决锌阳极存在的这些问题成为发展锌-空气电池的研究热点。当前,发展锌-空气电池的关键是开发设计具有良好可逆性和长循环寿命的锌阳极材料,研究重点主要在于阳极添加剂、合金化、包覆及混合电池等。本文主要综述了最近几年关于锌基电池锌阳极研究的一些突破和最新进展,这些信息可应用于二次锌-空气电池。