©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net电八乡也,综述·可充锌电极存在的问题及解决途径十浙江大学化学系浙江,创,,王建明钱亚东张莉张鉴清曹楚南摘要综述了在碱性溶液中可充锌电极存在的形变、枝晶、腐蚀和钝化等问题的形成机制,总结和分析了解决上述问题的方法和途径。关键词二次锌电极形变枝晶腐蚀钝化分类号,’一,飞飞,、对七浏,引言锌由于具有资源丰富、平衡电位低、可逆性好、能量密度高以及无环境污染等优异性能,被广泛用作化学电源的阳极材料。与传统的福镍、铅酸电池相比,锌二次电池除了具有较好的电性能川外,还可以避免对环境的污染。由于二次锌电池独特的性能以及实际需求如电子器件、影视设备和电动车等的增长,研制高性能二次锌电池,一直是电化学工作者努力的目标一〕。但由于锌电极存在着变形、枝晶、腐蚀和钝化等问题一〕,使二次锌电池性能变差如循环寿命短、自放电较严重、循环容量衰退快等等,在实际使用过程中很快失效,不能满足实际需求,这也是该类电池一直未获得广泛应用的重要原因。本文综述了在碱性溶液中可充锌电极存在的主要问题及解决这些问题的可能途径,并对解决这些问题的方法进行分析和评价,以期对高性能碱性二次锌电池的研究和开发有所裨益。作者简介王建明,男年月生,博士,副教授钱亚东,男,年月生,硕士生张莉,女,年月生硕士生张鉴清,男,年月生,教授,博士生导师曹楚南,男,年月生,教授,中科院院士十国家自然科学基金批准号,浙江省自然科学基金和金属腐蚀与防护国家重当、实验室联合资助项目©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第期王建明子可充锌电极存在的问题及解决途径存在问题及解决途径锌电极变形产生的原因所谓“锌变形”是指在充放电过程中活性物质在电极表面重新分布,在一些位置氧化锌逐渐减少,甚至完全消耗而在另外一些部位氧化锌逐渐聚集,电极变厚。变形的结果导致锌电极的有效面积减少,容量降低,使电池使用寿命缩短。对产生“变形”的原因,长期以来人们进行了大量的研究“一”」。提出了各种各样的模型,其中比较典型的有等比提出的隔膜传输模型、〔提出的浓差电池模型和等提出的密度梯度模型等。、等认为电解质组分通过隔膜的渗透和电渗透力产生平行于电极表面的对流传质,在充、放电过程中对流方向正好相反。在充电和放电半周期内对流方向和锌酸盐浓度的不同,使氧化锌在平行于电极表面的方向转移且远离电解质。但该模型不能解释无隔膜体系中锌电极出现的变形。〕认为在充电和放电过程中电流密度的非均匀分布和不同的极化度,导致在锌电极表面出现浓差电池,使活性物质逐渐从电极边缘向中心聚集,即出现形变。,但有研究”认为浓差电池不是促使锌重新分布的唯一原因。在仔细研究上述两种机制后,等”〕在现场原子示踪实验的基础上,提出了密度梯度模型。该模型认为变形首先是由浓度梯度引起的,进而产生密度梯度和电解液体积的变化,引起电解液在电极表面的流动。在充电和放电过程中,锌转移的方向是相反的,在充电过程中锌转移的量小于放电过程锌转移的量,即锌的净转移方向与放电过程相同。在竖直放置的电池中,锌向电极中下部聚集在水平放置的电池中锌转移量较小,转移方向与电解液库存在与否及其大小密切相关。但该模型仅仅是定性讨论,对于密度差如何产生平行于电极表面的对流缺乏令人信服的依据。除此而外,人们对形变问题也作出了其它的解释如重力场效应叫等尽管如此,还没有一个模型令人信服地解释有关“形变”的全部实验事实,关于锌电极形变的机制有待于理论和实验研究的进一步深入。但根据目前的研究成果,可以认为锌电极在碱性二次电池中的形变与充放电过程中锌酸盐的浓度变化、电流密度分布均匀与否、极化度大小、电极表面的对流等传质过程以及电池相对于重力场的方向等因素有关。改进途径从影响形变的因素来看,一些因素如重力场、对流传质过程等较难改变,而大部分因素的影响是可以改善的,因此可认为锌电极的形变是不能完全消除的,但可以通过优化条件减少。目前减小形变的措施主要有降低氧化锌在碱液中的溶解度‘。一’”〕、...
