锌锰电池中二氧化锰的测定及离子液体在电池中的应用研究

论文摘要

化学电源是一种直接把化学能转变为电能的装置，到了21世纪，化学电源作为一种高效、清洁、使用方便的能源，得到了广泛的研究和应用。锌锰干电池是目前日常生活中用量最大的电池之一，通过测定新旧锌锰电池中二氧化锰含量，为研究充分利用电池中电活性物质提供了理论依据。离子液体是一种性能特殊的绿色环保电解质，研究离子液体在电池中的应用，对开发新的电池品种，提高电池性能具有重要的理论与应用价值。本文作了如下研究工作：一、研究了废旧锌锰电池中二氧化锰含量的测定方法。在测定锌锰电池中活性二氧化锰的含量时，由于制备电池时正极锰粉中添加了乙炔黑、石墨等导电材料，使得在测定过程中溶液显色且混浊，影响用淀粉作为指示剂进行碘量法滴定终点的判断。本文提出结合电位滴定技术用碘量法测定废旧锌锰电池中剩余活性二氧化锰含量的新方法，并对实验条件进行优化，结果表明该方法快速、高效、结果准确，精密度高。由本实验的测定结果可知目前电池中活性物质的利用率仅为55％左右，利用率较低。因此，对电池结构的改进、选取最佳的锰碳比等作进一步的研究以提高活性氧化物利用率是今后研究的重点。二、离子液体在电池中的应用研究，此项工作主要包括以下三部分：1、在综合参考大量文献的基础之上，采用两步法合成了三种离子液体。选用低毒性的乙酸乙酯作为溶剂，合成了中间体[bmim]Br与[bmim]Cl，该方法具有操作简单、产率高等优点。对水溶性的离子液体[bmim]BF4，在保证产品纯度的前提下，降低了合成成本。2、电池中电解质溶液的制备。采用直接混合法将制备出的离子液体ZnCl2／[bmim]Cl分别与[bmim]PF6、[bmim]BF4、乙腈以任意比互溶，制备出离子液体混合物电解质，并分别进行了电导率和电化学性能测试。结果表明，ZnCl2／[bmim]Cl与乙腈的体积比为1：1时常温下电导率达到最大值1．05×10-2S／cm，而循环伏安的测试结果表明ZnCl2／[bmim]Cl与乙腈的体积比为2：1时氧化还原特性最好，说明氧化还原性能不仅与溶液电导率有关还与离子浓度有关。此项工作为离子液体作为电解质在电池中的应用奠定了基础。3、自制电池性能的测定。在本实验室现有的条件下以ZnCl2／[bmim]Cl与乙腈的体积比为2：1时的混合物作为电解质自制一电池样品，同时对电池的自放电性能、电池内阻随温度的变化、恒流充放电性能进行测试。结果表明自制银锌电池自放电小、储存时间长；电池的内阻随温度的升高逐渐降低且在75℃左右保持稳定，所以有望用于高温环境；多次反复充放电实验后电压保持稳定。由于实验室条件的限制自制电池容量较小，充放电性能较差，所以电池的结构及装备条件有待于进一步改善。这为新型电池的研究提供了依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 一.废旧锌锰电池剩余活性物质的测定概述
• 1.1 锌锰电池的生产消费状况
• 1.2 锌锰电池的分类、组成和结构
• 1.2.1 酸性锌锰电池
• 1.2.2 碱性锌锰电池
• 1.2.3 废旧锌锰电池中活性物利用情况
• 1.3 二氧化锰的测定方法概论
• 1.3.1 碘量法
• 1.3.2 草酸钠法
• 1.3.3 硫酸亚铁法
• 二.离子液体在电池中的应用概述
• 2.1 离子液体研究进展
• 2.2 离子液体的组成与分类
• 2.3 离子液体的特性
• 2.4 离子液体的合成
• 2.4.1 两步法
• 2.4.2 一步法
• 2.5 离子液体在电池中的应用
• 2.5.1 双嵌式熔盐电池
• 2.5.2 双电层电容器
• 2.5.3 光电池
• 2.5.4 燃料电池
• 2.5.5 锂离子电池
• 2.5.6 银锌电池
• 2.6 离子液体的应用前景
• 三.本论文的研究内容及意义
• 参考文献
• 第二章 废旧锌锰电池有效含量的测定
• 一.碘量电位滴定法测定锌锰废旧电池中二氧化锰
• 1.1 引言
• 1.2 实验部分
• 1.2.1 主要试剂及仪器
• 1.2.2 实验方法
• 1.3 结果与讨论
• 1.3.1 反应时间的影响
• 1.3.2 温度的影响
• 1.3.3 碘化钾用量的影响
• 1.3.4 回收率试验
• 1.4 样品分析
• 1.5 讨论
• 1.6 结论
• 参考文献
• 第三章 离子液体在电池中的应用研究
• 一.离子液体的合成
• 1.1 引言
• 1.2 实验部分
• 1.2.1 试剂与主要仪器
• 1.2.2 离子液体的合成
• 1.2.3 离子液体杂质的去除
• 1.3 结果与讨论
• 1.3.1 红外光谱（FTIR）分析
• 1.3.2 离子液体电化学性能的测定
• 1.4 结论
• 二.离子液体作为电解质在电池中的应用
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂及仪器
• 2.2.2 实验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2/[bmim]Cl的电导率随温度的变化'>2.3.1 不同离子液体电导率的测定及ZnCl₂/[bmim]Cl的电导率随温度的变化
• 2/[bmim]Cl与乙腈及不同离子液体混合的电导率测定'>2.3.2 ZnCl₂/[bmim]Cl与乙腈及不同离子液体混合的电导率测定
• 2.3.3 循环伏安测定
• 2.4 结论
• 三.电池的试组装及其性能测试
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂及仪器
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 电池自放电性能测试
• 3.3.2 温度对电池内阻的影响
• 3.3.3 电池循环性能测定
• 3.3.4 电池充放电性能测试
• 3.4 结论
• 参考文献
• 结论
• 致谢
• 攻读硕士学位期间论文的发表情况
• 附图