环境因素对铝空气海水电池阴阳极性能的影响

论文摘要

随着矿物能源的日渐短缺，以及环境污染日益严重，人类迫切要求开发新型能源。海水电池作为一种新能源技术引起了科研工作者的广泛关注。海水电池的性能受诸多因素影响，如电极材料本身和电解液的性能。海水环境复杂多变,其对海水电池性能的影响也较为复杂。由此，研究海水环境因素对海水电池性能的影响对于开发高性能海水电池和促进海水电池工业快速发展具有十分重要的意义。本论文以铝空气海水电池为研究对象，研究了海水中氯化钠的浓度、温度和pH对铝空气海水电池阴阳极性能的影响。本文主要工作如下：1、采用合金熔融法，以Al、 Zn、In、Cd为原料，制备了铝合金阳极。采用压片法制备了空气电极。空气电极由催化层和导电铜箔两部分组成。2、以铝合金阳极为研究对象，采用极化曲线、电化学阻抗谱和恒流放电曲线等手段，研究了铝合金阳极在不同浓度、温度和pH值模拟海水中的电化学性能。研究结果表明：随着模拟海水中氯化钠浓度的升高，铝合金的耐蚀性能先减弱后增强，放电性能逐渐增强。随着模拟海水温度的升高，铝合金的耐蚀性能减弱，40℃时铝合金放电性能最好。铝合金在酸性和碱性模拟海水中耐蚀性较差，但却具有较好的放电性能。3、以空气电极为研究对象，采用极化曲线和恒流放电曲线两种测试方法，研究了空气电极在不同氯化钠浓度、温度和pH值模拟海水中的电化学性能。研究结果表明：模拟海水中氯化钠浓度升高，导致空气电极的极化先减小后增加。当氯化钠浓度为3.5%时，空气电极具有较低的极化和较正的恒流极化稳定电位，表现出优良的放电性能。随着模拟海水温度的升高，空气电极的极化逐渐增加，40℃时，空气电极具有较好的放电性能。当模拟海水pH=11时，空气电极表现出较小的极化和相对较正的恒流极化稳定电位，显示出优良的放电性能。4、研究了海水pH值升高对铝空气海水电池阴阳极性能的影响。研究结果表明：随着海水pH值的升高，铝合金的耐腐蚀性减弱。同时，海水pH值的升高也导致了铝合金阳极恒电流极化稳定电位显著正移。随着海水pH值的升高，空气电极的极化逐渐减小，恒流极化稳定电位逐渐升高，放电性能逐渐增强。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 海水电池的研究进展
• 1.2.1 海水电池阳极种类
• 1.2.1.1 铝阳极
• 1.2.1.2 镁阳极
• 1.2.1.3 锌阳极
• 1.2.1.4 锂阳极
• 1.2.1.5 铁阳极
• 1.2.2 海水电池阴极种类
• 1.2.2.1 银系类阴极
• 1.2.2.2 铜系类阴极
• 1.2.2.3 空气电极
• 1.2.3 电解液
• 1.2.3.1 海水的浓度
• 1.2.3.2 海水的温度
• 1.2.3.3 海水的pH
• 1.2.3.4 海洋微生物
• 1.2.4 几种常见的海水电池
• 1.2.4.1 金属空气海水电池
• 1.2.4.2 Al/AgO海水电池
• 1.2.4.3 Mg/AgCl海水电池
• 1.2.4.4 Mg/CuCl海水电池
• 1.3 电池的性能参数
• 1.4 论文研究的目的和内容
• 1.4.1 目的意义
• 1.4.2 主要研究内容
• 2 实验样品和实验方法
• 2.1 实验主要试剂和仪器
• 2.2 实验样品的制备
• 2.2.1 铝阳极的制备
• 2.2.2 空气电极的制备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 全浸实验
• 2.3.2 电化学测试
• 2.3.2.1 开路电压测试
• 2.3.2.2 极化曲线测试
• 2.3.2.3 电化学阻抗测试
• 2.3.2.4 恒流极化测试
• 2.3.3 显微结构测试
• 3 铝合金阳极性能研究
• 3.1 浓度对铝合金的电化学性能的影响
• 3.1.1 浸泡实验
• 3.1.2 极化曲线
• 3.1.3 电化学阻抗
• 3.1.4 恒流极化曲线
• 3.2 温度对铝合金的电化学性能的影响
• 3.2.1 极化曲线
• 3.2.2 电化学阻抗
• 3.2.3 恒流极化曲线
• 3.3 pH对铝合金的电化学性能的影响
• 3.3.1 极化曲线
• 3.3.2 电化学阻抗
• 3.3.3 恒流放电曲线
• 3.4 本章小结
• 4 空气电极性能研究
• 4.1 浓度对空气电极的电化学性能的影响
• 4.1.1 浸泡实验
• 4.1.2 极化曲线
• 4.1.3 恒流极化曲线
• 4.2 温度对空气电极的电化学性能的影响
• 4.2.1 极化曲线
• 4.2.2 恒流极化曲线
• 4.3 pH对空气电极的电化学性能的影响
• 4.3.1 极化曲线
• 4.3.2 恒流极化曲线
• 4.4 本章小结
• 5 海水pH值升高对铝空气海水电池阴阳极性能的影响
• 5.1 海水pH升高对铝阳极性能的影响
• 5.1.1 极化曲线
• 5.1.2 电化学阻抗
• 5.1.3 恒流极化曲线
• 5.2 海水pH升高对空气电极性能的影响
• 5.2.1 极化曲线
• 5.2.2 恒流极化曲线
• 5.3 本章小结
• 6 结论和不足
• 6.1 结论
• 6.2 工作中存在的不足
• 参考文献
• 作者简历
• 发表文章