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电沉积法制备SS/PbO_2-WC-ZrO_2/聚苯胺复合惰性阳极材料的研究与应用

苗治广

   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,重点阐述了铅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SS/PbO_2-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SS/PbO_2-WC-ZrO_2复合电极材料,采用TD3690型恒定电位仪、EDAX公司的PHOENIX扫描电镜及能谱仪等研究了复合电极材料的电化学性能、表面化学组成和表面形貌等。 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PbO_2-WC-ZrO_2的最佳工艺条件:WC:40g/L,ZrO_2:50g/L,温度:20℃,电流密度:3.0A/dm~2,电沉积时间:2.5h。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规律,对上述最佳工艺条件进行了优化,优化后的工艺条件如下:WE:40g/L,ZrO_2:50g/L,温度:20℃,电流密度:3.0A/dm~2,电沉积时间:2.5h。 另外,研究了在上述复合镀层上电镀聚苯胺对镀层的电化学性能,成分及其它综合性能的影响。研究发现,在磷酸掺杂下,可获得析氧催化活性更好的复合电极材料。 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。能谱分析表明,复合镀层中除了PbO_2,还存在WC和ZrO_2,且所得镀层在镀态下为晶态结构。另外,成分分析显示,镀层中WC含量高于ZrO_2,表明复合电沉积过程中WC的沉积效果要好于ZrO_2的沉积效果;与传统铅银合金阳极相比,SS/PbO_2-WC-ZrO_2和SS/PbO_2-WC-ZrO_2/PANI复合电极材料的析氧过电位要低100-400mV,这说明该电极的析氧催化活性很好,适于做发生析氧反应的阳极;SS/PbO_2-WC-ZrO_2/PANI复合电极材料的强化寿命优于普通无聚苯胺电极的寿命,说明聚苯胺镀层具有较好的耐腐蚀性能,能很好地起到保护镀层的作用,延长电极的使用寿命。 综上所述,通过化学和电化学的方法在不锈钢基体上复合电沉积PbO_2-WC-ZrO_2/PANI复合电极材料,有一定的应用前景。……   
[关键词]:铅合金阳极;DSA;聚苯胺;复合电沉积;阳极极化曲线;复合电极材料;析氧动力学参数;SS/PbO_2-WC-ZrO_2
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:昆明理工大学2006年