循环伏安实验报告.docx

探究性化学实验
循环伏安法快速评价碱性二次电池正极活性材料电化学性能
研
究
报
告
参加学生:

指导教师:
化学实验教学中心
2015年5月
循环伏安法快速评价碱性二次电池正极活性材料电化学性能
摘要:二次电池在生活中应用广泛,其内部当化学能转化为电能之后,还能用电能使化学体系修复,然后再次利用化学反应转化为电能,即充放电的循环过程。而应用最多的就是碱性二次电电池,主要包括:锌锰电池、镍铬电池、镍氢电池等。本实验通过较简单的方法进行了对常见碱性电池的正极材料的制备,主要对锌锰电池碱性二次电池、镍氢电池的正极的相关性质及掺杂进行了探究,并运用循环伏安法快速测定其电化学性能,对循环伏安图以及电量进行分析以评价电极性能。
关键词:碱性二次电池,镍氢,锌锰,循环伏安法
引言
在生活中,二次电池特别是碱性二次电池应用广泛,随着电子设备的普及,电池市场迅速扩大,从最初价格便宜、来源丰富的锌锰碱性电池到现在的碱性二次锌锰电池、镍氢电池、镍铬电池等,对电池性能要求也不断地提高。近些年来,我国许多科研人员对该材料的制备进行了探究,已制得纳米氢氧化镍、球形氢氧化镍、β-氢氧化镍等多种结构形态的镍电极,而对其电化学性能研究也常用循环伏安法进行快速的测定。而对二氧化锰作正极材料的电池而言,若二次碱性锌锰电池的开发成功,以每只Zn/MnO2电池充放100次计(放电深度为理论1电子容量的30%)。。一般锌锰碱性电池在浅度放电时。本身已具有一定的可充性。但放电深度一高, 则充放可逆性就会被迅速破坏。为了提高深度放电时碱性溶液中MnO
2电极的可逆性, 国内外也有不少研究人员已进行了MnO2的掺杂研究。
而制备电极的方法也多种多样,常见的有固相合成、液相合成、热分解、电化学沉积等方法;电极材料掺杂的物质也分很多种,比如在碱锰电池中,常用的添加剂为Bi(III)和Pb,掺杂这些添加剂有利于Mn-O键的离子化,可以改善传质传荷条件,降低化学极化,通过共还原-共氧化过程抑制电化学惰性物质Mn3O4的生成和积累,避免二氧化锰的失活。在镍电池中,常用的添加剂也为Bi(III)。
图1 循环伏安法基本装置及激励信号和扫描信号
循环伏安法是最重要的电分析化学研究方法之一。对于一个新的电化学体系,首选的研究方法往往就是循环伏安法,可称之为“电化学的谱图”。它主要用于电极反应的机理的研究而非定量分析。根据循环伏安图可以判断电极反应的可逆程度,中间体形成的可能性、相界吸附以及偶联化学反应的性质等。可用来测量电极反应参数,判断其控制步骤和反应机理。 1938年Matheson和Nichols首先采用循环伏安法,1958年Kemula和Kubli发展了这种方法,并将其应用于有机化合物电极过程的研究。目前,电分析的各热点研究领域,例如电化学传感器的研究中,循环伏安法也是最基本的研究方法。循环伏安法及其他伏安和极谱分析法均是在一定条件下控制电压电解被分析物质的稀溶液,根据所得到的电流
-电压(电位)曲线,即循环伏安图来进行分析的方法。
本实验通过查阅相关碱性二次电极的原理及常用制备方法,根据实验室条件,就二氧化锰、氢氧化镍电极进行相应不同条件下电化学性能的探究,以泡沫镍为载体制备相应的电极,并通过电化学工作站采用循环伏安法扫描以寻找最适合的扫描速率及电解液环境,然后分析多种条件下不同电极的电化学性能;另外,也通过简单的掺杂方法进行制作相应的氧化铋掺杂二氧化锰阳极材料,并对市售电池阳极材料进行性能测定,与自制的二氧化锰电极进行比较分析。


氢氧化钾、球形氢氧化镍、二氧化锰、石墨粉、氧化铋、聚四氟乙烯(PTFE)乳液(60%)、泡沫镍、镍条、市售碱性电池、去离子水

CHI1100A电化学工作站、计算机、Hg2+/HgO参比电极、三电极体系电解装置、塑料烧杯(50mL若干)、容量瓶(250mL、150mL)、量筒(200mL)、电子天平()、玻璃棒、胶头滴管、红外灯、油压压片机、橡皮筋、玻璃板、多孔有机电极夹板、电极隔膜纸、钢勺、剪刀、铁钳、刻度尺



分别用电子天平准确准确称取84 g, g , g, g KOH固体,分别在4个150 mL容量瓶中用去离子水定容到150 mL,即配制好10 mol·L-1,8 mol·L
-1,6 mol·L-1,4 mol·L-1的KOH溶液,置于4个试剂瓶中做好标记
(PTFE)粘连剂的配制
用胶头滴管吸取60%的PTFE乳液1滴于50 mL小烧杯中,