Mg-Li和Mg-Li-Ce合金电化学性能研究

论文摘要

Mg作为金属半燃料电池的一种阳极材料,具有高比能量,高法拉第容量和较负的氧化电位等优点,而引起了广泛的关注。在实际使用时,Mg阳极存在自腐蚀析氢反应和“负差效应”以及Mg表面易形成钝化膜等问题,导致Mg阳极性能的降低。在Mg中添加合金元素和在电解液中加入添加剂可有效提高Mg阳极的性能。本论文研究了在Mg中添加Li和Ce两种合金元素及在电解液中添加锡酸钠和氟化钠对电极性能的影响。本论文采用真空熔炼法制备了铸态Mg-8Li,Mg-8Li-0.5Ce和Mg-8Li-1Ce三种合金。采用Tafel极化曲线、恒电势氧化法和电化学阻抗谱法,研究了Mg, Mg-8Li, Mg-8Li-0.5Ce和Mg-8Li-1Ce电极在0.7 mol·L-1 NaCl溶液中的电化学行为。采用扫描电子显微镜观测了电极放电前后的表面形貌变化。研究了锡酸钠和氟化钠两种电解质添加剂对电极放电性能的影响。采用失重法测定了电极的自腐蚀速率和电流效率。研究了以Mg, Mg-8Li, Mg-8Li-0.5Ce和Mg-8Li-1Ce为阳极的Mg-H2O2半燃料电池的性能。结果表明：在0.7mol·L-1 NaCl溶液中,电极的电氧化活性排列顺序表示为：Mg-8Li>Mg-8Li-1Ce>Mg> Mg-8Li-0.5Ce,在-0.8 V电位下,Mg-8Li电极的放电电流密度约为53 mA·cm-2。Li元素对Mg电极起到了“活化”作用。锡酸钠和氟化钠作为电解质添加剂,有效提高了电极的电氧化活性,对电极起到了“活化”作用。同时,锡酸钠的加入还提高了电极的间歇放电和连续放电的电流效率。未加入添加剂时,以Mg-8Li合金为阳极的Mg-H2O2半燃料电池的峰值功率密度最大,为134mW·cm-2。在阳极电解液中加入1 mmol·L-1锡酸钠后,以Mg-8Li-1Ce合金为阳极的Mg-H2O2半燃料电池的峰值功率密度最大,为180mW·cm-2。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 金属半燃料电池
• 1.2.1 铝半燃料电池
• 1.2.2 锌半燃料电池
• 1.2.3 镁半燃料电池
• 1.3 Mg阳极的研究
• 1.4 论文的研究意义及主要内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验仪器与试剂
• 2.1.1 主要实验试剂及材料
• 2.1.2 主要实验仪器
• 2.2 电极的制作
• 2.2.1 镁锂基合金的熔炼
• 2.2.2 电极的制备
• 2.3 电化学性能测试
• 2.3.1 Tafel极化曲线测试
• 2.3.2 恒电势氧化曲线测试
• 2.3.3 电化学阻抗谱测试
• 2.4 电极表面形貌分析
• 2.5 自腐蚀速率及电流效率测试
• 2.5.1 自腐蚀速率的测试
• 2.5.2 电流效率测试
• 2O₂半燃料电池的组装与测试'>2.6 Mg-H₂O₂半燃料电池的组装与测试
• 2.7 本章小结
• 第3章 Mg-8Li,Mg-8Li-0.5Ce和Mg-8Li-1Ce电极在NaCl溶液中电化学性能的研究
• 3.1 Tafel极化曲线测试
• 3.2 恒电势氧化曲线测试
• 3.3 电化学阻抗谱测试
• 3.4 扫描电镜测试
• 3.5 电极的自腐蚀速率与电流效率
• 3.5.1 自腐蚀速率
• 3.5.2 电流效率
• 3.6 本章小结
• 第4章 电解质添加剂对Mg-8Li,Mg-8Li-0.5Ce和Mg-8Li-1Ce电极电化学性能的影响
• 4.1 电解质添加剂锡酸钠对电极电化学性能的影响
• 4.1.1 Tafel极化曲线测试
• 4.1.2 恒电势氧化曲线测试
• 4.1.3 电化学阻抗谱测试
• 4.1.4 扫描电镜测试
• 4.2 电解质添加剂氟化钠对电极电化学性能的影响
• 4.2.1 Tafel极化曲线测试
• 4.2.2 恒电势氧化曲线测试
• 4.2.3 电化学阻抗谱测试
• 4.2.4 扫描电镜测试
• 4.3 锡酸钠对电极自腐蚀速率与电流效率的影响
• 4.3.1 自腐蚀速率
• 4.3.2 电流效率
• 4.4 本章小结
• 2O₂半燃料电池的研究'>第5章 Mg-H₂O₂半燃料电池的研究
• 2O₂半燃料电池的结构'>5.1 Mg-H₂O₂半燃料电池的结构
• 2O₂半燃料电池的组装'>5.2 Mg-H₂O₂半燃料电池的组装
• 5.2.1 Au/Ni阴极催化剂的制备
• 5.2.2 Nafiion膜及其前处理
• 5.3 不同阳极材料对电池性能的影响
• 5.4 锡酸钠添加剂对电池性能的影响
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历