碱性电解液中缓蚀剂对铝电极性能的影响

１．３ 析 氢 测 试
析氢速率 达 到 最 慢，为 ０．０２１５ ｍＬ·ｍｉｎ－１ ·ｃｍ－２，
将处理后的铝 电 极 片 用 细 线 挂 在 含 不 同 浓 度 和 缓蚀效率为８２．８％，但是随着 实 验 时 间 的 增 长，后 期
配比缓 蚀 剂 的 ＮａＯＨ 溶 液 中，用 排 水 取 气 法 收 集 铝
图 １ 为 铝 电 极 在 添 加 不 同 深 度 Ｎａ２ＳｎＯ３ 的 ６ ｍｏｌ／Ｌ ＮａＯＨ 电解液中的析氢速率曲线。
１ 实 验 １．１ 实 验 原 料
所用铝为高纯铝，纯 度 为 ９９．９９６％；添 加 合 金 元
素有铟、锌、铈，且 纯 度 均 为 ９９天 津 大 茂 化 学 试 剂 厂 ）；氢 氧 化 钠 （分 析 纯 ，天 津 风 船化学试剂厂）；十六 烷 基 三 甲 基 溴 化 铵 （分 析 纯，国
采用自制空气电极和铝阳极合金板组装成简易 铝 空 气 电 池，加 入 含 不 同 浓 度 和 配 比 缓 蚀 剂 的 ＮａＯＨ 溶液后，采用新威 ＢＴＳ－５Ｖ１Ａ 电池测试仪（深 圳市新威电子有限公 司）测 试 电 池 放 电 性 能，恒 流 放 电 电 流 密 度 为 ５０ ｍＡ／ｃｍ２。
２ 结 果 与 讨 论 ２．１ 添加剂 Ｎａ２ＳｎＯ３ 的影响
的析氢速率有变快的趋势。 继 续 增 大 Ｎａ２ＳｎＯ３ 浓 度
电极腐蚀产生的氢气。测试温 度 为 ３０ ℃，前 １０ ｍｉｎ 到０．０３０ｍｏｌ／Ｌ 时，析氢速率反而变快。
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ｉｎ ６ｍｏｌ／Ｌ ＮａＯＨ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｎａ２ＳｎＯ３ｃｏｎｔｅｎｔｓ
从图１可以看出，未加入 Ｎａ２ＳｎＯ３ 时，铝电极 在
成３ｍｍ 厚的长方形电 极 片，分 别 用 ６００＃、８００＃ 和 ＮａＯＨ 溶 液 中 的 析 氢 速 率 非 常 快，为 ０．１２５ ｍＬ·
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ４１００８３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ａｄｄｉｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎａ２ＳｎＯ３ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ Ｎａ２ＳｎＯ３ａｎｄ ｈｅｘａｄｅｃｙｌ ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｂｒｏｍｉｄｅ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｒａｔｅ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｅｖｏ－ ｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ａｎｏｄｅ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｉｎ ６ ｍｏｌ／Ｌ ＮａＯＨ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ．Ｔｈｉｓ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ａｎｄ ｇａｌｖａｎｏｓｔａｔｉｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ｃｏｕｌｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｎｈｉｂｉｔ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ａｎｏｄｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｎｏｄｅ．Ａｌｓｏ， ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｏｎｅ．Ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ｉｎ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｗａｓ ０．０２５ ｍｏｌ／Ｌ Ｎａ２ＳｎＯ３ａｎｄ １０ ｍｇ／Ｌ ＣＴＡＢ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｉｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｗａｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｎｈｉｂｉｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ９３．４％ ，ａｎｄ ｂｅｔｔｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｗｅｒｅ ｆｏｕｎｄ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ；ａｌｋａｌｉｎｅ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ；ｈｅｘａｄｅｃｙｌ ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｂｒｏｍｉｄｅ；ｅｌｅｃ－ ｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
本工作 选 择 ６ ｍｏｌ／Ｌ ＮａＯＨ 溶 液 为 基 础 电 解 液，分 别 添 加 不 同 浓 度 的 Ｎａ２ＳｎＯ３ 以 及 由 Ｎａ２ＳｎＯ３ 和十六烷基 三 甲 基 溴 化 铵 （ＣＴＡＢ）组 成 的 复 合 缓 蚀 剂 ，研 究 它 们 对 铝 合 金 电 极 析 氢 速 率 和 电 化 学 性 能 的 影响。
＊收 稿 日 期 ：２０１１－１１－０８
作 者 简 介 ：沈 冬 （１９８６－），男 ，湖 南 人 ，硕 士 生 ；主 要 研 究 方 向 为 化 学 电 源 。
Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＳＨＥＮ Ｄｏｎｇ（１９８６－），ｍａｌｅ，ｃａｎｄｉｄａｔｅ ｆｏｒ ｍａｓｔｅｒ．
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１０００＃砂纸逐级打 磨 光 滑，丙 酮 除 油，蒸 馏 水 清 洗 干
ｍｉｎ－１·ｃｍ－２。 添 加 Ｎａ２ＳｎＯ３ 后，铝 电 极 的 析 氢 速
净后置于真空干 燥 箱 中 干 燥。 非 工 作 区 用 环 氧 树 脂 率显著降低，并且随着 Ｎａ２ＳｎＯ３ 浓 度 的 增 加，析 氢 速
密封。
率明 显 变 慢。 当 Ｎａ２ＳｎＯ３ 浓 度 为 ０．０２５ ｍｏｌ／Ｌ 时，
为每２ｍｉｎ记录一组数据，以后每５ ｍｉｎ记录一组 数 据，共 测 试 １２０ ｍｉｎ。 计 算 平 均 析 氢 速 率，作 出 相 关 析氢速率曲线，并以 此 为 依 据 计 算 缓 蚀 剂 缓 蚀 效 率， 评价其对铝电极析氢速率的影响 。 ［１２］ １．４ 极 化 曲 线 测 试
实验中测试仪 器 为 ＲＳＴ３０００ 电 化 学 工 作 站 （郑 州 世 瑞 思 仪 器 科 技 有 限 公 司 ），采 用 三 电 极 体 系 ，研 究 电 极 为 制 备 好 的 铝 电 极 （有 效 工 作 面 积 为 １ｃｍ２）。 辅 助 电 极 为 石 墨 板 （２０ ｍｍ×５０ ｍｍ，厚 度 ２ ｍｍ），参 比电极为 Ｈｇ／ＨｇＯ 电 极，温 度 为 （２５±１）℃。 扫 描 范 围 为－２．０～－１．２ Ｖ，扫 描 速 率 为 ０．００１ Ｖ／ｓ。 １．５ 放 电 性 能 测 试
电池工业 第１７卷第２期 Ｃｈｉｎｅｓｅ ＢａｔｔｅｒｙＩｎｄｕｓｔｒｙ ２０１２年４月
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碱性电解液中缓蚀剂对铝电极性能的影响
沈 冬 ，唐 有 根 ，冯 世 强 ，鲁 火 清 ，毛 东 来
（中南大学化学化工学院，湖南 长沙 ４１００８３）
摘要：通过析氢实验、极化曲线测 试、放 电 性 能 测 试，研 究 了 在 ６ ｍｏｌ／Ｌ ＮａＯＨ 电 解 液 中 添 加 不 同 浓度 Ｎａ２ＳｎＯ３ 和由 Ｎａ２ＳｎＯ３、十六烷基三甲基溴化铵（ＣＴＡＢ）组 成 的 复 合 缓 蚀 剂 对 铝 合 金 电 极 析 氢速率和电化学性能的影响。实验结果表明：缓蚀剂的加入能 不 同 程 度 抑 制 铝 合 金 电 极 的 析 氢 腐 蚀，提高阳极利用率，改善铝阳极的电化学性能，一定浓度配比 的 复 合 缓 蚀 剂 的 效 果 要 比 单 一 缓 蚀 剂效果明显。在添加有０．０２５ｍｏｌ／Ｌ Ｎａ２ＳｎＯ３ 和 １０ ｍｇ／Ｌ 十 六 烷 基 三 甲 基 溴 化 铵 （ＣＴＡＢ）的 复 合缓蚀剂电解液中，铝电极的析氢腐蚀受到明显抑制，缓蚀效率达 ９３．４％，同时表现出较好的电化 学性能。 关 键 词 ：复 合 缓 蚀 剂 ；碱 性 电 解 液 ；十 六 烷 基 三 甲 基 溴 化 铵 ；电 化 学 性 能 中 图 分 类 号 ：ＴＭ ９１１．４１ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００８－７９２３（２０１２）０２－００９７－０５
图１ 铝电极在添加不同浓度 Ｎａ２ＳｎＯ３ 的６ｍｏｌ／Ｌ ＮａＯＨ 电解液中的析氢速率曲线
药 集 团 化 学 试 剂 有 限 公 司 ）。
Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ Ｈ２ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ
１．２ 铝 合 金 的 熔 炼 与 电 极 的 制 作 铝合金的熔炼参照参 考 文 献 进 ［１５］ 行。 将 合 金 制
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电池工业 沈 冬，等：碱性电解液中缓蚀剂对铝电极性能的影响 Ｃｈｉｎｅｓｅ ＢａｔｔｅｒｙＩｎｄｕｓｔｒｙ
铝空气电池具 有 比 能 量 高、材 料 来 源 丰 富、无 污 染、使用安全等特点，是极具潜力的新型动力 电 池 。 ［１］ 在碱性电解液中，铝 电 极 的 电 极 电 位 负，放 电 电 流 密 度大，适宜用作动 力 电 池，但 腐 蚀 也 更 为 严 重。 所 以 提高铝电极的电极活性和抑制铝的腐蚀是解决碱性 铝空气电池应用局限性的关键。
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｉｎ ａｌｋａｌｉｎｅ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ
ＳＨＥＮ Ｄｏｎｇ，ＴＡＮＧ Ｙｏｕ－ｇｅｎ，ＦＥＮＧ Ｓｈｉ－ｑｉａｎｇ，ＬＵ Ｈｕｏ－ｑｉｎｇ，ＭＡＯ Ｄｏｎｇ－ｌａｉ
目前，主 要 的 解 决 途 径 有 两 个：一 是 通 过 在 铝 电 极中加入其它合 金 元 素，如 Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｒｅ等 元素［２］，或者对铝电极进行热处理以增强电极的 活 性 并提高其析氢 过 电 位［３－５］；二 是 在 电 解 液 中 加 入 缓 蚀 剂，无 机 缓 蚀 剂 如 ＣａＯ、ＺｎＯ、Ｎａ２ＳｎＯ３、Ｉｎ（ＯＨ）３ 等［６－８］；有机 缓 蚀 剂 如 聚 苯 胺、邻 氨 基 苯 酚、季 铵 盐 等 。 ［９－１２］ 但大部分单组分缓蚀 剂 的 作 用 比 较 有 限，将 具 有 活 化 作 用 与 降 低 腐 蚀 析 氢 的 添 加 剂 复 合 使 用 ，不 仅 可 以 活 化 阳 极，而 且 能 有 效 地 降 低 腐 蚀。 如 Ｎａ２ＳｎＯ３ 与Ｉｎ（ＯＨ）３ 的 复 合［１３］，饱 和 Ｃａ（ＯＨ）２ 与 丙炔醇的复合 。 ［１４］ 目 前，有 机 缓 蚀 剂 及 无 机－有 机 缓 蚀剂协同作用等基础研究还十分薄弱。在保证铝阳 极活性的前提下，研 究 出 性 能 更 好 的 复 合 缓 蚀 剂，减 小 铝 合 金 电 极 的 自 腐 蚀 ，将 有 效 促 进 碱 性 铝 空 气 电 池 的应用。