【精品】电极材料的研究
燃料电池的电极材料

燃料电池的电极材料燃料电池是一种利用化学反应产生电能的装置,其核心部分为电极。
电极材料是燃料电池的重要组成部分,直接影响着燃料电池的性能和稳定性。
本文将介绍燃料电池的电极材料及其特点。
1. 阳极材料阳极材料是指燃料电池中负责氧化燃料的电极。
常用的阳极材料有铂、钯、金、铜等金属以及碳材料。
其中,碳材料是最常用的阳极材料,因为它具有良好的导电性、化学稳定性和机械强度,同时价格相对较低。
2. 阴极材料阴极材料是指燃料电池中负责还原氧气的电极。
常用的阴极材料有铂、钯、金等贵金属。
这些材料具有良好的电催化性能和稳定性,但价格昂贵。
因此,研究者们一直在寻找更为经济实用的阴极材料。
目前最有前景的阴极材料是非贵金属材料,如氧化物、硫化物、氮化物等,它们具有良好的催化性能和较低的成本。
3. 催化剂催化剂是指在燃料电池中促进反应的物质。
常用的催化剂有铂、钯、金等贵金属。
这些材料具有良好的电催化性能和稳定性,但价格昂贵。
因此,研究者们一直在寻找更为经济实用的催化剂。
目前最有前景的催化剂是非贵金属材料,如氧化物、硫化物、氮化物等,它们具有良好的催化性能和较低的成本。
4. 电解质电解质是指燃料电池中负责离子传递的物质。
常用的电解质有质子交换膜和氢氧化钾溶液。
质子交换膜是目前应用最广泛的电解质,它具有高的离子传导率、优良的化学稳定性和机械强度。
氢氧化钾溶液是一种传统的电解质,但由于其腐蚀性较强,使用范围受到限制。
燃料电池的电极材料是燃料电池的重要组成部分,直接影响着燃料电池的性能和稳定性。
未来,随着新材料的涌现和燃料电池技术的不断发展,燃料电池的电极材料将不断得到提升和完善。
高性能锂离子电池负极材料的制备及其性能的研究PPT课件

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谢谢聆听
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碳基负极材料
常见的碳基负极材料有:石墨、硬碳、软碳等。对碳基材料进 行改性的方法常有:机械研磨、表面包覆、表而氧化、掺杂等。碳 基材料首次充放电效率高、导电性好、不可逆容量低、电极电势较 低且价格低廉来源广。但碳基材料比容量低难以满足现在越来越高 的能量需求。
钛基负极材料
常见的钛基负极材料为:TiO2、Li4Ti5O12。钛基材料的常见合 成方法有:水热合成法、溶胶-凝胶法、模板法、电化学阳极氧化 法、液相沉淀法、超声合成法等。TiO2 较高的嵌锂离子电位(1.5~ 1.8 V),可以避免锂枝晶的生成,然而TiO2本身是半导体,导电性 差;Li4Ti5O12由于在嵌锂离子时具有零应变(体积变化约 0.2%)特性 ,具有较正的理论嵌锂离子电位(1.55 V,vs. Li/Li+),被认为是一 种理想的锂离子电池负极材料;然而, Li4Ti5O12导电性差,导致 其大电流倍率性能差为提高材料的电子导电性,目前的研究主要 集中在掺杂和表面修饰。
• 1980 年,Armand 率先提出锂蓄电池负极不再采用金属锂,而是正负极均采 用能让锂离子自由脱嵌的活性物质TiS2。从此以后,锂离子电池得到了迅猛 的发展。
• 1990 年日本的索尼(Sony)公司率先开发了首个商用锂离子电池,随后革新了 电子产品的新面貌,它是把锂离子嵌入碳中形成负极,取代传统锂原电池的 金属锂或锂合金作负极。
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研究内容以及方案
需要解决的问题
a)硅负极方面:
1(减缓体积膨胀)电化学储锂时,由于硅原子结合锂原 子得到合金相的过程对应的材料体积变化大(~400%)引起 的电极可逆容量的迅速衰减。
储能电极材料

储能电极材料储能电极材料是指在储能设备中用于储存和释放电能的关键组成部分。
储能电极材料的性能直接影响着储能设备的能量密度、效率、寿命和安全性。
随着储能技术的发展和应用的广泛,对储能电极材料的研究和开发变得越来越重要。
目前常用的储能电极材料主要包括锂离子电池材料、超级电容器材料和钠离子电池材料等。
1. 锂离子电池材料锂离子电池是目前应用最广泛的储能设备之一,其电极材料是锂离子电池性能的决定因素。
常用的正极材料有钴酸锂、锰酸锂、三元材料等,而负极材料主要有石墨、硅基材料、锂钛酸盐等。
这些材料具有高能量密度、长循环寿命和较高的放电平台电压等优点,但也存在容量衰减、安全性和成本等问题。
2. 超级电容器材料超级电容器是一种新兴的储能设备,其电极材料决定了其能量密度和功率密度。
常用的电极材料有活性炭、金属氧化物、碳纳米材料等。
这些材料具有高电导率、良好的循环稳定性和快速充放电能力等特点,但能量密度相对较低。
3. 钠离子电池材料钠离子电池是一种相对较新的储能设备,其电极材料与锂离子电池类似。
常用的正极材料有钠离子化合物、钠离子合金等,而负极材料主要有石墨、钛酸盐等。
钠离子电池具有较高的电荷传输速率和较低的成本,但目前其能量密度和循环寿命相对较低。
除了上述常用的储能电极材料外,还有许多新型电极材料正在被研发和应用。
例如,锂硫电池以其高理论能量密度和低成本成为研究热点,但其循环寿命和安全性仍然是亟待解决的问题。
钠空气电池以其高能量密度和低成本也备受关注,但其稳定性和循环寿命还需要进一步改进。
总结起来,储能电极材料的研究和开发是储能技术进步的关键。
随着对能源存储需求的不断增加,人们对储能电极材料的要求也越来越高。
未来,我们可以期待更多新型材料的出现,以提高储能设备的能量密度、安全性和循环寿命,推动储能技术的发展和应用。
锂离子电池新型负极材料的研究

锂离子电池新型负极材料的研究本文着重介绍了锂离子电池负极材料金属基(Sn基材料、Si基材料)、钛酸锂、碳材料(碳纳米管、石墨烯等)的性能、优缺点及改进方法,并对这些负极材料的应用作了进一步展望。
锂离子电池因具有能量密度高、工作电压高、循环寿命长、自放电小及环境友好等显著优点,已被广泛用于3C电子产品(Computer,ConsumerElectronic和Communication)、储能设备、电动汽车及船用领域。
锂离子电池的能量密度(170Wh/kg),约为传统铅酸蓄电池的3~4倍,使其在动力电源领域具有较强的吸引力。
而负极材料的能量密度是影响锂离子电池能量密度的主要因素之一,可见负极材料在锂离子电池化学体系中起着至关重要的作用,其中研究较为广泛的锂离子电池负极材料为金属基(Sn基材料、Si基材料)、钛酸锂、碳材料(碳纳米管、石墨烯等)等负极材料。
金属基材料1.1锡基材料目前锡基负极材料主要有锡氧化物和锡合金等。
1.1.1锡氧化物SnO2因具有较高的理论比容量(781mAh/g)而备受关注,然而,其在应用过程中也存在一些问题:首次不可逆容量大、嵌锂时会存在较大的体积效应(体积膨胀250%~300%)、循环过程中容易团聚等。
研究表明,通过制备复合材料,可以有效抑制SnO2颗粒的团聚,同时还能缓解嵌锂时的体积效应,提高SnO2的电化学稳定性。
Zhou等通过化学沉积和高温烧结法制备SnO2/石墨复合材料,其在100mA/g的电流密度下,比容量可达450mAh/g以上,在2400mA/g电流密度下,可逆比容量超过230mAh/g,实验表明,石墨作为载体,不仅能将SnO2颗粒分散得更均匀,而且能有效抑制颗粒团聚,提高材料的循环稳定性。
1.1.2锡合金SnCoC是Sn合金负极材料中商业化较成功的一类材料,其将Sn、Co、C三种元素在原子水平上均匀混合,并非晶化处理而得,该材料能有效抑制充放电过程中电极材料的体积变化,提高循环寿命。
锂离子电池负极材料的研究

1 选 材 要求
一
锂负 极可能 存在 的安 全隐患 ,但是锂 合金 在反 复 的循 环 过程 中经历 了较 大 的体积变 化 ,存储 大 量的锂 时 .体 积 可膨 胀到原 来 的数倍 ,极大程 度 的造成 电极粉 化 .电池
可 能多地 在主体 材料 中可逆 的脱 嵌 ,比容量值 大 : 在 ③
锂 的脱嵌过 程 中 ,主体结 构没 有或 很少发 生变 化 ,以确
的无机非 金属 材料 主要是 碳材料 、硅 材料及 其它不 同非
金 属 的 复 合 材 料
保好 的循环性 能 ;④ 氧化 还原 电位 随插锂 数 目的变化 应
池 行 业 作 为 新 能 源 领 域 的 重 要 组 成 部 分 , 已经 成 为 全 球 经 济 发 展 的 一 个 新 热 点 。 关 键 词 :锂 离 子 ; 负极 ; 材 料
中图分类号 :T 6 N8
文 献标识 码 :A d i 03 6 /.s.0 2 6 7 .0 1 40 2 o: .9 9jsn1o — 6 32 1 . .1 1 i 0
电极 是 电池 的核 心 .由活 性 物质 和导 电骨架 组 成 。
正 负 极 活 性 物 质 是 产 生 电 能 的 源 泉 ,是 决 定 电 池 基 本 特 性 的 重 要 组 成 部 分 。 本 文 就 锂 离 子 电 池 的 负 极 材 料 进 行
研 究
应用 。 目前 金属 单质 还不具 有直 接用作 锂离 子 电池 负极
用 作锂 离子 电池负极 材 料的种类 繁 多 ,根据 主体 相
的 化 学 组 成 可 以 分 为 金 属 类 负 极 材 料 、无 机 非 金 属 类 负
锂离子电池正极材料的研究及其性能优化

锂离子电池正极材料的研究及其性能优化随着人们对环保意识的不断提高,电动汽车、能源存储以及便携式电子设备等需求愈发增长,锂离子电池作为一种高能量密度、轻量化、环保的电池类型备受瞩目。
而锂离子电池的性能,尤其是其正极材料的性能,是影响整个电池性能的关键因素。
本文将从锂离子电池正极材料的基础结构入手,通过对正极材料的组成元素以及内部作用机制的探究,分析其性能特点,并结合当前的研究进展,探讨锂离子电池正极材料的性能优化方向。
一、锂离子电池正极材料的基础结构锂离子电池是一种以锂离子在电解液中的扩散为工作原理的电池。
正极材料是锂离子电池中最重要的组成部分之一,其主要作用是存储锂离子和提供电子传导。
正极材料的基础结构一般由三个部分组成:金属氧酸化物、导电剂和粘结剂。
其中,金属氧酸化物是正极材料的主要成分,占正极材料的大部分重量,其在电池中起到存储锂离子的作用。
导电剂主要是为了提高正极材料的导电性,增加正极材料对锂离子的传导和储存能力,减小电极极化和电池内阻。
而粘结剂则是为了保证正极材料的结构牢固稳定,能够经受反复的充放电循环。
二、锂离子电池正极材料的组成元素及其作用机制1. 金属氧酸化物目前市场上主要使用的锂离子电池正极材料主要有三种金属氧酸化物:三元材料(如LiCoO2、LiMn2O4等)、锰酸锂材料(如LiMnO2)和钴酸锂材料(如LiFePO4)。
三元材料是较早研究和应用的正极材料之一,其磷酸根结构稳定,特别是在高温下稳定性好,同时其储能能力和功率密度优秀。
但是其中的钴含量高,钴资源稀缺,同时钴价格昂贵,因此其成本较高。
锰酸锂材料具有环保、价格低廉和锂离子传输速度快等优点,同时其钠离子掺杂还可提高其稳定性和循环寿命。
但是锰酸锂材料的能量密度较低,且容量随循环次数的增加而逐渐减小。
钴酸锂材料被认为是一种具有高安全性、优异的循环性能以及适合大电流放电的正极材料。
该材料的选择主要基于其晶体结构的稳定性和高的电子导电率。
锌离子电池负极材料研究

锌离子电池负极材料研究锌离子电池负极材料研究导言:近年来,随着能源需求的急剧增加和对环境可持续性的关注,锌离子电池作为一种新型、高性能的能源存储解决方案备受关注。
与锂离子电池相比,锌离子电池具有储能密度高、成本低、资源丰富等优势,因此被广泛应用于电动汽车、智能电网等领域。
锌离子电池的负极材料对电池性能至关重要,因此研究和开发高性能的锌离子电池负极材料成为了当前的热点和挑战。
一、锌离子电池负极材料的意义1. 近期:锌离子电池为解决能源危机和环境问题提供了切实可行的解决方案。
通过研究和开发高性能的锌离子电池负极材料,可以实现电池的高容量、长寿命和高能量效率。
2. 中期:锌离子电池具有巨大的市场潜力,尤其在新能源汽车领域。
开发高性能的锌离子电池负极材料对推动清洁能源发展意义重大。
3. 长期:锌离子电池负极材料的研究对电池科学和储能技术的发展具有重要意义。
二、锌离子电池负极材料的特点1. 高电导性:优秀的锌离子电池负极材料应具有较高的电导率,以实现更好的电池性能和循环稳定性。
2. 高容量:锌离子电池负极材料应具有较高的容量,以增加电池的储能密度并满足高能量需求。
3. 良好的氧化稳定性:锌离子电池负极材料在充放电过程中应具有良好的氧化稳定性,以保证电池的长寿命和循环稳定性。
4. 适当的电极电位:优秀的锌离子电池负极材料应具有适当的电极电位,使得电池能够实现高效的电荷传输和能量转换。
三、目前研究进展1. 金属锌负极材料:金属锌是锌离子电池中最常见的负极材料,具有较高的容量和良好的氧化稳定性。
然而,金属锌在充放电过程中容易发生枝晶生长和形成固态电解质界面问题,限制了其应用范围。
2. 纳米材料:纳米材料由于其较大的比表面积和特殊的电化学性质,被广泛研究用于锌离子电池负极材料。
纳米碳材料、氧化物纳米颗粒等具有出色的电导性和高容量,但仍面临合成工艺复杂、循环稳定性等问题。
3. 有机材料:有机材料由于其丰富的化学结构和可调控性,被认为是一种有潜力的锌离子电池负极材料。
超级电容器电极材料

超级电容器电极材料超级电容器作为一种新型的储能设备,具有高功率密度、长循环寿命和快速充放电等优点,因此在电子设备、新能源汽车和可再生能源等领域具有广泛的应用前景。
而超级电容器的性能很大程度上取决于其电极材料,因此研究和开发高性能的电极材料对于提高超级电容器的性能至关重要。
目前,常见的超级电容器电极材料主要包括活性碳、氧化铁、氧化钴、氧化镍等。
活性碳是一种常见的电极材料,具有比表面积大、孔隙结构丰富的特点,能够提供更多的储存空间,但其导电性较差,限制了其在高功率应用中的表现。
氧化铁、氧化钴和氧化镍等金属氧化物具有较高的导电性和储能密度,但循环寿命较短,容量衰减严重,限制了其在实际应用中的发展。
为了克服现有电极材料的局限性,近年来,石墨烯、碳纳米管、金属有机骨架材料等新型材料被广泛应用于超级电容器的电极材料中。
石墨烯具有优异的导电性和比表面积,能够提高超级电容器的电极反应速率和循环寿命;碳纳米管具有高导电性和优异的力学性能,能够增强电极材料的稳定性和耐久性;金属有机骨架材料具有多孔结构和可调控的化学成分,能够提供更多的储能空间和增强电极材料的稳定性。
除了单一材料外,复合材料也成为超级电容器电极材料的研究热点。
将不同种类的材料进行复合,可以充分发挥各自材料的优点,同时弥补其缺陷,从而提高电极材料的整体性能。
例如,将石墨烯与金属氧化物复合,可以兼顾导电性和储能密度;将碳纳米管与金属有机骨架材料复合,可以提高电极材料的稳定性和循环寿命。
总的来说,超级电容器的电极材料需要具有高导电性、大比表面积、丰富的孔隙结构、优异的稳定性和循环寿命等特点。
当前,虽然已经有了一些较为理想的电极材料,但仍然存在一些挑战,如材料制备工艺、性能优化和成本控制等方面需要进一步研究和改进。
相信随着材料科学和能源技术的不断发展,超级电容器的电极材料将会不断涌现出新的突破,为超级电容器的应用提供更多可能性。
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资料内容仅供您学习参考,如有不当之处,请联系改正或者删除 1 / 13 电催化氧化技术应用的关键之一在于寻找和研制开发催化活性高、导电性能好的阳极材料。电极材料的选择及设计尤为重要。电极分阳极和阴极,以下分别进行叙述.
阳极可供选择的有以下几种 ⒈钛基二氧化铅Ti—PbO2
⒉铅基二氧化铅Pb—PbO2
⒊PbO2/SPE复合膜电极 ⒋PbO2聚丙烯滤网电极 ⒌DSA电极(钛基涂层) 6.铂基二氧化铅Pt—PbO2
⒈钛基二氧化铅Ti—PbO2【1】
特点:化学性质稳定,可在无机和有机化合物的电解生产[2]、湿法冶金[3]、环境污染控制[4]等领域得到应用.制备简便。 资料内容仅供您学习参考,如有不当之处,请联系改正或者删除 2 / 13 制备方法:主要有高温热氧化法[5]和电沉积法[6],其中电沉积法由于设备简单、操作方便,所得电极材料致密均匀而成为二氧化铅电极最常用的制备方法.
制备最优工艺条件为:0.2mol/LPb(NO3)2,0.6g/LNaF,pH为2,阴极电流密度3A/dm2,镀液温度25℃,电镀时间2h。
制备方法:首先将2cm×5cm×1mm的Ti基体用10%的NaOH资料内容仅供您学习参考,如有不当之处,请联系改正或者删除
2 / 13 热碱液脱脂、水洗后,用20%的草酸水溶液在80℃下蚀刻2h,用去离子水冲洗干净备用。将c(SnCl2·2H2O)∶c(SbCl3)=9∶1溶液加于正丁醇中,加入几滴浓盐酸防止水解,刷涂在处理好的钛基体上,100℃下烘干15min,反复操作,直至将涂液全部涂完为止,然后在氧气气氛中500℃热氧化2h。电沉积二氧化铅镀层,镀液组成为0。2mol/LPb(NO3)2,0。6g/LNaF,pH为2。
缺点【7】:由于电镀过程中,镀层不可避免会有一些晶界缝隙,电解时产生的氧气会透过晶界缝隙氧化基体,形成导电性差的氧化钛,钝化基体,致使电极性能趋于恶化,影响PbO2电极的工作稳定性和使用寿命。因此,制备电极的过程中一般先镀上A-PbO2中间层以抑制钝化。此过程增加了电极制作成本和工艺复杂性,难以从根本上解决基体的钝化问题。
⒉铅基二氧化铅Pb-PbO2
⒊PbO2/SPE复合膜电极【7】 将具有催化活性的B—PbO2直接涂敷或镀制在SPE(solidpolymerelectrolyte)膜上制成PbO2/SPE复合膜电极是国内外电极研究的热点,它是电化学与膜技术学科交叉发展形成的新领域。
特点:1)高效率.膜片上的催化剂有极大的比表面积(约200m2/g),且极间距很小(甚至仅等于膜厚),电化学装置有高的电流密度和较低电压降。 资料内容仅供您学习参考,如有不当之处,请联系改正或者删除 3 / 13 2)电解质简单。单侧有电解质,可消除或大大降低电解质玷污产品的问题,因此
副反应少、产品易分离、纯化简单、污染小.资料内容仅供您学习参考,如有不当之处,请联系改正或者删除
3 / 13 3)易于操作.操作温度既可低于液体电解质冰点,也可高达150e;操作压力可以
高达21MPa(取决于SPE指标).
4)催化性能高。选择性的沉积催化剂可加速正反应,抑制副反应. 其他优点还包括,溶剂选择范围宽、电极材料范围宽、简化了反应装置及操作简便等[8]
制备:1)将活性B-PbO2与粘合剂混匀后热压在离子膜上; 2)另一种是将B—PbO2电沉积在离子膜上(多为美国DuPont公司生产Nafion117膜).
⒋PbO2聚丙烯滤网电极【9】 制备:以具微孔结构的聚丙烯滤网为基材,通过化学镀和电镀PbO2工艺,制成多孔PbO2导电膜。经测定,这种膜电极的厚度为0。2mm,孔隙率为40%,平均孔径为26µm,导电率为5.24×102s·m-1.
⒌DSA电极(钛基涂层)【10】 其结构是以耐腐蚀性能强的金属材料(如金、铂、钛、不锈钢等)作基底,并在其表面涂覆一层具有电催化活性的金属氧化物而成。涂层的化学成分以过渡金属氧化物RuO2、SnO2、TiO2、PbO2、MnO2等为主,再添加部分其他过渡金属氧化物组资料内容仅供您学习参考,如有不当之处,请联系改正或者删除 4 / 13 合而成,构成一元或多元复合活性氧化物涂层,如RuO2—TiO2、IrO2—Ta2O5、PbO2-SnO2、MnO2-RuO2—TiO2、RuO2—IrO2-TiO2、RuO2—SnO2-TiO2、RuO2—IrO2—TiO2-PdO、RuO2—IrO2—TiO2-SnO2等涂层体系[11、12]资料内容仅供您学习参考,如有不当之处,请联系改正或者删除
4 / 13 .氧化物涂层是DSA电极的关键部分,DSA电极的电化学催化活性主要来自于氧化物涂层。金属钛是制备DSA电极最常用的基底材料,故DSA电极又常称为钛基活性氧化物涂层电极,或简称为钛基涂层电极。
特点:⒈电催化活性高,对反应的选择性强,因而副反应减少,产物的纯度和质量提高;
⒉工作电压降低,电化学反应过电位低,能耗减少; ⒊制作方法简单,易于操作和涂层的控制; ⒋钛基涂层电极价格低廉,耐腐蚀性强; ⒌钛基涂层电极种类多,不同条件下有较大的选择空间。 制备:氧化物涂层制备技术主要是热分解法。将选用的与目标氧化物相应的前驱体化合物(如金属盐)按一定摩尔配比混合,并溶于一定溶剂中制成涂液,然后均匀涂覆于洁净的钛表面,最后在控制温度(一般为300—600℃下焙烧)分解一定时间即成[11].为得到不同厚度的活性氧化物涂层,可重复进行多次涂覆和焙烧。同时,利用电化学沉积法或溶胶-凝胶法等制备DSA电极时,通常也需要对制备的氧化物涂层进行后续热处理(一般为100—500℃),以增强涂层内部不同氧化物组分之间的固溶度和氧化物颗粒之间的结合力。
缺点:⒈电极在较高电位下使用,钛基底阳极易被氧化; 资料内容仅供您学习参考,如有不当之处,请联系改正或者删除 5 / 13 ⒉在制备DSA电极时的后续的退火热处理步骤,经过热处理后的DSA电极往往由于溶剂挥发和冷致收缩等原因导致氧化物涂层发生特有的“龟裂”(或称为“泥裂”,cracked-mud)现象[11,13,14,15,16,17,18],使氧化物涂层内部以及基底/氧化物涂层界面处由于析氧或析氢反映产生气体不易扩散而形成内应力,会降低基底与涂层之间的结合力,进而导致涂层的脱落。资料内容仅供您学习参考,如有不当之处,请联系改正或者删除
5 / 13 6。铂基二氧化铅Pt-PbO2【19】
特点:选用与PbO2结合好的Pt基体,较好的解决了与氧化物镀层的易脱落性和不稳定性,镀制的含2层不同晶型PbO2的Pt基电极具有较强的氧化性能.
制备:将基体Pt片和Pt丝用细砂纸磨光,在NaOH饱和溶液中浸泡5min除去表面的油污,再放入重铬酸混合溶液中煮沸10min,除去表面的氧化物,最后用蒸馏水洗净、烘干[20].以工业纯黄丹粉(PbO)在3。5mol/LNaOH水溶液中的饱和溶液为电镀液,Pt片为阳极,Pt丝为阴极,CH-I型恒电位仪控制电位.控制阳极电位0.26V,镀液温度45℃,电沉积2h,阳极Pt片上制得厚度约100Lm的A—PbO2层。用去离子水洗净后,再在Pb(NO3)2(CP)100~200g/L,硝酸(CP)5~20g/L,NaF(CP)粉末0.25~0.50g/L以及少量的Cu(NO3)2(CP)配成的电镀液中,控制阳极电位1。60V,镀液温度65℃,电沉积6h,可在A—PbO2层上沉积厚度约500~1000Lm的B—PbO2层。用去离子水洗净即为Pt基体的PbO2电极。
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