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锌电积用Al基Pb-WC-ZrO_2复合电极材料的研究

潘君益

  本文首先系统地综述了锌电积用惰性阳极材料的研究现状,并根据基体材料不同,重点阐述了铝基合金阳极和尺寸稳定型阳极(DSA)。目前,锌电积中广泛采用的阳极材料是铅(Ag 1wt%)银合金,虽然能基本满足工业生产的需要,但仍存在以下不足:析氧电位高,能耗高,机械强度低等缺点。而要解决这些问题的关键之一是寻找功能优异的新型阳极材料。 本文研究了复合电沉积Al/Pb-WC-ZrO_2复合电极材料的工艺,获得了具有电化学性能较好的Al/Pb-WC-ZrO_2复合电极材料,采用PARSTAT2263型电化学综合测试仪、EPMA-1600型电子探针以及日本理学3015型X-射线衍射仪等研究了复合电极材料的电化学性能、表面化学组成、表面形貌、相结构等。 通过正交试验,研究和分析了固体微粒浓度及工艺条件对镀层的析氧电位,a值和交换电流密度i~0的影响,确定了复合电沉积Pb-WC-ZrO_2的最佳工艺条件:WC:50g/L,ZrO_2:40g/L,温度:20℃,电流密度:1.5A/dm~2,电沉积时间:1.5h。另外,通过条件试验,分别研究了固体微粒浓度及工艺条件对镀层的表面化学组成及稳态析氧极化曲线的影响情况,对上述最佳工艺条件进行了优化,优化后的工艺条件如下:WC:50g/L,ZrO_2:40g/L,温度:20℃,电流密度:1.5A/dm~2,电沉积时间:2h。此时,所获得镀层的析氧动力学参数为:a=771mV,b=140mV,i~0=3.11×10~6A·cm~(-2),并且电极的析氧过电位为η=1009mV,复合镀层中WC和ZrO_2含量分别为±10.02wt%和±3.55wt%。 另外,还研究了向上述复合镀液中加入银粉和CeO_2对镀层的电化学性能,成分及其他综合性能的影响。研究发现,当Ag浓度和CeO_2浓度分别为3-4g/L和10-20g/L时,可获得具有析氧催化活性更好的复合电极材料,析氧动力学参数分别为a=680mV,b=186mV,i~0=2.21×10~(-4)A·cm~(-2),η=996mV和a=792mV,b=121mV,i~0=8.92x10~(-7)A·cm~(-2),η=997mV,此时,获得的复合镀层中WC,ZrO_2和Ag含量分别为9.93%,3.59%,0.85%和WC,ZrO_2和CeO_2含量分别为5.84%,2.29%和1.32%。 本文还研究了固体微粒浓度及工艺条件对Al/Pb-WC-ZrO_2、Al/Pb-WC-ZrO_2-Ag和Al/Pb-WC-ZrO_2-CeO_2复合电极材料的表面形貌的影响。研究发现,随电流密度和温度增大,晶粒变大;各种固体颗粒浓度变化对镀层晶粒无多大影响;另外,CeO_2微粒加到镀液中能起到一定细化晶粒的效果。 最后,研究了最佳条件下获得的电极材料的相结构以及在锌电积中应用时的强化寿命、槽电压和电流效率。X射线衍射分析表明,复合镀层中除了金属Pb,还存在WC和ZrO_2,……   
[关键词]:铅合金阳极;DSA;复合电沉积;阳极极化曲线;复合电极材料;析氧动力学参数;Al/Pb-WC-ZrO_2
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:昆明理工大学2005年