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总体概况

 长期以来,采用使锌电极汞齐化的办法来抑制电池的自放电,由于汞是剧毒物质,世界各国都纷纷限制汞电池的生产和进口。目前主要采用耐腐蚀的锌合金作负极或加入锌缓蚀剂两种办法来代替汞。从近年来国内外电池系统缓蚀剂的研究情况来看,主要针对了碱性锌锰电池、碱性铝电池等电池系统的缓蚀剂研究较多。


当缓蚀剂加入电池中后,其疏水基吸附在锌表面,改变了电极的表面状态,从而提高了氢的过电位,抑制了氢气的析出;而亲水基则朝向电解液,发生水化作用形成水化壳层,这样在电极的表面就形成了一层保护膜,一方面可以对电极起到机械保护作用,另一方面,由于使电极表层的水分子活性降低,水分子数减少,能阻止和减少OH-离子与H2O间在表面的接触,从而抑制电极的腐蚀。
      碱性铝电池是一种新型高能化学电源,近年来因其优异的电化学性能和环境协调性能而备受国内外学者关注。但在电池工作过程中,铝合金阳极会与碱性电解液发生剧烈反应而产生大量氢气,严重影响电池性能。研究发现,通过添加缓蚀剂可有效解决上述问题。
 
      1964年,加藤正义研究了阿拉伯胶、可溶性淀粉、琼脂等高分子多糖类化合物作为碱性溶液中铝用缓蚀剂,试验结果表明,缓蚀效率在80%以上,但不足是多糖类一旦水解为单糖类时,则会促进铝腐蚀;1990年, Macdonald[41]等人研究发现Al-0.2Ga-0.1In-0.1Ti合金在50℃、4mol/LKOH溶液中最佳缓蚀剂是0.01 mol/L Na2SnO3+0.01 mol/L In(OH)3或0.001 mol/L K2MnO4.另外,国外研究还表明,在含有锡酸钠和柠檬酸钠的碱性电解质中,可以使用纯度为99.8%的铝与铅、镓、铟制成铝合金阳极,这种阳极也可以用于添加ZnO的碱性电解质; Gnana[42]等认为钙盐与柠檬酸盐生成的物质,能维持铝合金电极附近溶解的pH值稳定,所以在溶液中添加钙盐与柠檬酸盐可降低阳极极化;2003年,邵海波[43]等人研究了在铝中添加合金元素钙对其在KOH溶液中的缓蚀作用及其与酒石酸盐的协同效应,实验表明,铝电极的腐蚀速率随钙含量的增加而减小,当溶液中含有酒石酸盐时,阴极过程和阳极过程均被显著抑制。舒方霞[44]等研究发现,制备的Al-In-Mg-Sn系合金阳极在4mol/L NaOH+0.04mol/LNa2SnO3溶液中表现出更好的电化学性能,具有比纯铝更负的开路电位,更小的自腐蚀速率和更低的阳极极化;同年,王振波[45]等人在90℃、质量分数为20%的NaOH溶液中加入0.06 mol/LNa2SnO3时,铝阳极电位为-1.59V(vs.Hg/HgO),氢气析出速率为0.19mL/(cm2·min),活性物质利用率为95.6%.从上述研究可以看出,碱性铝电池阳极缓蚀剂主要有两大类:一类是无机缓蚀剂,主要包括氧化物(如GaO、CaO、ZnO等)和盐(如Na2SnO3、Na2O2、NaClO3、NaCrO4等)。目前Na2SnO3已在动力电源Al/AgO电池(NaOH作电解质)上使用,效果较好,但它的使用会使电解液密度、粘度增大,导致电阻增大,产生浓差极化,输出电位降低。