锌电积用复合惰性阳极材料的制备及电化学性能

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Pb-Ag(0.75-1.0wt%)合金作为阳极材料在酸性溶液中具有较好的稳定性和耐腐蚀性,目前被普遍广泛使用在锌电积工业中。但该阳极材料仍客观存在析氧过电位高、导电性差、机械强度低等缺点。本论文基于Co3O4、MnO2和PbO2的高电催化活性,以Pb粉为基体,Co3O4、MnO2、PbO2颗粒为增强相,采用真空热压技术制备出不同组元的锌电积用铅基复合惰性阳极材料。探究了加热温度、保温时间、负载压力和不同配比等工艺条件对复合惰性阳极材料电化学性能的影响。最后测试了复合惰性阳极材料在锌电积模拟溶液中的槽电压、电流效率、电耗及强化腐蚀寿命等。得到如下主要研究结论:(1)采用真空热压技术制备单体组元颗粒Co3O4和MnO2掺杂的铅基复合惰性阳极材料,研究了制备工艺条件对其性能的影响规律,发现在真空热压过程中,铅粉部分熔融后形成均匀致密的基体,Co3O4和MnO2颗粒保持了良好的电催化活性;随着加热温度的升高,Pb-Co3O4和Pb-MnO2复合惰性阳极材料的电催化活性也随着增强,但过高的加热温度不利于铅基复合惰性阳极材料在一定压力下成型;60 min的保温时间有利于电催化活性的提升,但过长的保温时间对性能提高不明显;Pb-Co3O4和Pb-MnO2复合惰性阳极材料的较佳制备条件均为加热320℃,保温60 min,负载65 MPa,Pb:Co3O4=1:0.20,Pb:MnO2=1:0.20。(2)采用真空热压技术制备多组元颗粒掺杂的铅基复合惰性阳极材料,测试了其在锌电积模拟溶液中的析氧电催化活性、耐腐蚀性等电化学性能,发现Pb-Co3O4-MnO2复合惰性阳极材料较Pb-Co3O4(MnO2)-PbO2复合惰性阳极材料具有更高的析氧电催化活性、更低的析氧过电位、更强的耐腐蚀性。并且所制备的多组元复合惰性阳极材料的电化学性能皆优于Pb-0.8wt%Ag合金阳极。(3)测试了真空热压技术制备多组元颗粒掺杂的铅基复合惰性阳极材料在锌电积模拟溶液中的槽电压、电流效率、电耗及强化腐蚀寿命,发现Pb-Co3O4-MnO2复合惰性阳极材料的槽电压为2.80 V,较Pb-0.8wt%Ag合金阳极降低了0.41 V;电耗为2483.8 kWh/(t·Zn),较Pb-0.8wt%Ag合金阳极降低了406.6 kWh/(t·Zn),有良好的节能作用。Pb-Co3O4-MnO2复合惰性阳极材料强化腐蚀寿命为25小时,换算为一般工业电流密度500 A·m-2下的使用寿命为40000小时。
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