環(huán)保型添加劑對鋁陽(yáng)極電化學(xué)性能的影響

電源技術(shù)研究與設訂環(huán)保型添加劑對鋁陽(yáng)極電化學(xué)性能的影響余祖孝，孫亞麗，黃新，周新(四川理工學(xué)院材料與化學(xué)工程系,四川自貢643000)摘要:為了提高鋁的耐蝕性以及活化性能,用電化學(xué)方法研究了在4 molL KOH溶液中,環(huán)保型添加劑烏洛托晶[六次甲基四胺(CH2)N小吐溫-80和明膠對鋁陽(yáng)極( 99 999% )電化學(xué)性能的影響,結果表明,添加0.5%烏洛托品,不僅使鋁的析氫腐蝕速度降低(緩蝕辜70% ) ,又能最大程度保持鋁陽(yáng)極的話(huà)性(與鋁在4 molL KOH水溶液中的情況非常接近)，開(kāi)路電位E由-1.765V負移到- 1.865V。當分別添加0.5%吐溫-80 和1%明膠時(shí)，則鋁的緩蝕率達80.54%和74.46%,且Eap負移出現最大值(一1.950 V和一1.960 V),但鋁的極化稍微有所增加。關(guān)鍵詞:鋁陽(yáng)極;堿性溶液;環(huán)保型添加劑(烏洛托品、吐溫-80 和明膠);電化學(xué)性能中圖分類(lèi)號:TM 911.4文獻標識碼:A文章編號:1002- -087 X(2009)02- 0088 -03Effects of environment-friendly additives on electrochemical behaviorof aluminum anodeYU Zu-xiao, SUN Ya-li, HUANG Xin, ZHOU Xin( Material and Cbemical Engineering Department, Sichuan University of Science & Enincering , Zigong Sichuan 643000, China)Abstract: To improve corrosion-inhibition and activation properties of aluminum, efects of environment-friendlyadditives [ (CH2)N, Tween- -80 and gelatin] on electrochemical properties of aluminum anode( 99.999% )in 4 mol/LKOH solution were carried out by electrochemical methods. The results show that corrosion of aluminum is inhibitedgreatly, that corrosion- ihibited ratio is 70% and that E is also improved from - -1.765 V to - 1.865 V when 0.5%(CH2)N, being added into 4 mol/L KOH. Furthemmore,the results also show that corrosion rate of aluminumdecreases (80.54% and 74.46% of corrosion inibited ratio), and that E中p, reaches -1.950 V and - -1.960 V, butactivation properties of aluminum gently decreases, when 0.5% Tween- -80 and 1% gelatin are added into 4 mol/LKOH solution, respectively.Key words: aluminum anode ;alkaline solution; enviroment friendly aditives [(CH)INo, Tween-80 and gelatin];electrochemical properties近年來(lái),鋁陽(yáng)極的研究十分活躍",它是一種高強度能量具有非常重要的地位和作用，我們研究了鋁在4 molL KOH載體,電化學(xué)當量高(2.98 Ah/g),電位負(- 2.35 V),能提供大溶液中,環(huán)保型添加劑(吐溫-80、明膠和烏洛托品)對鋁陽(yáng)極的功率,如鋁-空氣電池理論比能量可達8100Whkg,對環(huán)電化學(xué)性能的影響。境非常友好,所以鋁是開(kāi)發(fā)電池的理想電極材料4,同時(shí)鋁作1實(shí)驗為犧牲陽(yáng)極的研究也十分活躍D。但是鋁的極化和腐蝕相當電極:(1)研究電極為鋁( 9.999%)。將鋁的一端表面裸嚴重，是影響其大規模應用的主要障礙,目前大部份工作是露,其余用環(huán)氧樹(shù)酯密封,用2003 00金相砂紙打磨,用在發(fā)展合金燃料，但是合金的制造以及取得最佳行為需要進(jìn)乙醇除油;(2)輔助電極為石墨;(3)參比電極為飽和甘汞電極。行熱機械加工，都需要特殊的生產(chǎn)設備.所以一種對合金燃料試劑:KOH、吐溫-80、明膠和烏洛托品[六次甲基四胺，有吸引力的替代物是溶液添加劑",目的是降低鋁陽(yáng)極腐蝕(CH2)N,]均為分析純。速度到-種可接受的水平并盡量保持鋁陽(yáng)極的活性不改變，儀器:用LK98C(天津),測量鋁陽(yáng)極的線(xiàn)性?huà)呙璺睬€(xiàn)這樣就避免了合金化、熱處理等過(guò)程。因此,鋁陽(yáng)極及電解液(1 mV/s)以及開(kāi)路電位隨時(shí)間變化曲線(xiàn)。此外,溫度30 C。緩蝕率:n=1-v'm/va (v'mV_分別為有、無(wú)添加劑收稿日期:2008-07-25基金項目:材料腐蝕與防護四川省高校重點(diǎn)實(shí)驗室科研項目基時(shí)鋁的失重腐蝕速度)金資助(2008 CL)中國煤化工作者簡(jiǎn)介:余祖孝( 1964- ),男,重慶市人,副教授,博士生,主2.1CNMHG能的影響要研究方向為應用電化學(xué)及有機功能材料。HBiography: YU Zu- xiao (1964-), male, associate prolessor,2.1.1鋁陽(yáng)極的阻化作用candidate for Ph D.烏洛托品,它低毒,無(wú)異味,易溶于水等優(yōu)點(diǎn)。在4 molL2009.2 Vol.33 No.288研究與設計電源技術(shù)KOH溶液中,添加(CH).N,對鋁陽(yáng)極緩蝕率的影響見(jiàn)圖1。當其它幾個(gè)質(zhì)最分數的極化程度都比在4mol/LKOH水溶液中質(zhì)量分數為0.5%~1%時(shí),其緩蝕率達到最大值( 70% )。因為要大。因此，添加0.5% (CH2)N,時(shí),能夠最大程度保持鋁陽(yáng)極(CH)N,是--種含氨緩蝕劑,N原子可在鋁電極表面形成靜的活性不改變。電吸附，使得該緩蝕劑具有較高的覆蓋度起到很高的緩蝕作2.2吐溫-80對鋁陽(yáng)極電化學(xué)性能的影響用,但緩蝕劑達到一定濃度時(shí),在電極表面的吸附趨于飽和，2.2.1 鋁陽(yáng)極的阻化作用如果再增加濃度.電極表面緩蝕劑間的靜電排斥作用,脫附速圖3是吐溫-80對鋁在4mol/LKOH溶液中的腐蝕速度度增加,易造成電極表面緩蝕劑分子有效濃度的降低,因而緩影響。表明了吐溫-80作為緩蝕劑.能明顯地抑制鋁的腐蝕,蝕效率下降.出現濃度極值現象。無(wú)論是高濃度還是低濃度.都表現出了較好的抑制析氫效果，2.1.2鋁陽(yáng)極的活化性能當質(zhì)量分數為0.1%~0.5%時(shí),其緩蝕率達到最高( 80.54%)。(1 )開(kāi)路電位: (CH)N對鋁電極開(kāi)路電位Ea的影響見(jiàn)可能由于[非離子表面活性劑吐溫-80的聚氧乙烯非極性基，圖1。隨著(zhù)(CH,)JN, 濃度的增加，Ep先負移到最大值,即由-對金屬電極的吸附作用，它在金屬表面形成連續的起物理屏1.765V負移到一1.865 V,然后正移，但都比鋁在4 mol/L障作用吸附分子膜,使金屬與電解液的接觸面變小，從而抑制KOH溶液中的Ea (-1.765V)更負。當(CH)N4濃度為了金屬的腐蝕。并且緩蝕效果與加人量有關(guān).當稍過(guò)量時(shí),有0.5%時(shí),Ea最負(- 1.865 V),即在這個(gè)濃度下活性最大。金機緩蝕劑在鋁表面吸附開(kāi)始平均化,而不是在那些活化點(diǎn)上，屬電極Eo的這種變化是由于電極表面被有機添加劑的吸附減弱了對金屬的緩蝕效果;當加入過(guò)少時(shí),也可能存在不均勻層覆蓋,或者在某些情況下.被有機添加劑的降解產(chǎn)物所覆蓋吸附,也不能起到很好的緩蝕效果.因此,緩蝕率出現極值現造成的。象。-1.90- 2.0070-8060--1.85-1.9550-240-1.80它...t 50-聚3-1.85-41.7520-4 mol/L KOH水溶液中-1.8003050.0.51.01.5-1.70(CH)N濃度%200.01.2.-1.75圈1 六次甲基四胺對鋁緩蝕率和Eam的影響Tween-80濃度/%Fig.1 Infuence of (CH)JN. on crrosion-ihibited ratio圉3 4mo/L KOH中吐溫- 80對純鋁緩蝕率和Ea的影響and Ep of AIig.3 Influence of Tween-80 on corrosion-ihibited ratio and(2)極化程度:(CH)Ns對鋁陽(yáng)極極化曲線(xiàn)的影響見(jiàn)圖E。ofAl2。當(CH)N,濃度為0.5%時(shí)，極化程度最小(曲線(xiàn)4),與鋁2.2.2鋁陽(yáng)極的活化性能在4 molL KOH水溶液中的情況非常接近(曲線(xiàn)1).因此它(1 )開(kāi)路電位:吐溫-80 對鋁Ea的影響(4 mol/L KOH)見(jiàn)能夠在較寬的電位范圍保持很高的活性。而加人的(CH)N4圖3。 隨吐溫-80濃度增大.Ep先負移,出現最大值,然后又開(kāi)始正移。當質(zhì)量分數為0.5%~ 1.0%時(shí).開(kāi)路電位最負。(2)極化程度:吐溫-80對鋁陽(yáng)極極化曲線(xiàn)的影響見(jiàn)圖25 F(CH)N,濃度分數4。吐溫-80對鋁電極的影響是--致的.都不同程度地增加了鋁電極的極化,降低了活性(與未添加吐溫-80 相比)。其中,00-4.0.5%當吐溫-80的質(zhì)址分數為0.5%時(shí)，鋁的極化程度相對最小，6.1.5%活性相對最大。2.3明膠對鋁陽(yáng)極電化學(xué)性能的影響2.3.1鋁陽(yáng)極的阻化作用明膠是一種從動(dòng)物的結締組織(骨、皮.筋等)中的膠原25部分水解得到的蛋白質(zhì)。由圖5可知，在4 mol/L KOH溶液中,中國煤化工大后減小,當質(zhì)量分數-1.9-4.8-4.7-1.6-1.5-4.4-1.3-1.2-4.1為19C N M H G。其原因.明膠分子中E/fYH圉24 mol/L KOH水溶液中鋁的極化曲線(xiàn)既有氨基，又有段基，既胺鍵上有攜帶孤電子對的=0和- NHFig.2 Polarization curves of AJ in 4 molL KOH基團,鋁離子有可能也與明膠分子形成配位鍵,因此明膠具有892009.2 Vol.33 No.2更源技術(shù)研究與設計100Tween-80濃度分敷明膠濃度分數2. 0.05%003.0.1%4.0.5%5s:1.5%6.1.5% .t 50so254.9-1.84.7-1.64.5420-4.9 -1.8-4.7 46-1544-43-4.2EIN.圈6在4 molL KOH中鋁的極化曲線(xiàn)圍4在4 mo/L KOH中鋁的極化曲線(xiàn)ig.6 Polarization curves of AI in 4 molL KOHFig.4 Polarization curves of AI in 4 molL KOH直。-2.0575- 2.003結論70◆→-4.95在堿液中添加環(huán)保型添加劑烏洛托品(六次甲基四胺)、65-吐溫-80和明膠能有效抑制鋁的腐蝕,當添加0.5%烏洛托品，4.90g不僅使鋁的析氫腐蝕速度降低,鋁的緩蝕率達70%,又能最大.41.85 '程度保持鋁陽(yáng)極的活性(與4 mol/L KOH水溶液的情況非?！?0}41.80接近),Ea由-1.765 V負移到- 1.865 V。當分別添加0.5%4moW/L KoH水溶液中-4.75吐溫-80和1%明膠時(shí)，則Al的緩蝕率達80.54%和74.46%，40且開(kāi)路電位En負移出現最大值(- 1.950 v和-1.960 V),但0.51.2.4.70鋁的極化稍有所增加。明膠濃度/%團5在4 molL KOH中明膠對鋁緩蝕率和Ep的影響參考文獻:Fig.5 Infuence of gelatin on corrosion- ihibited ratio and E of AI[1] uI Q F,BJERRUM N J. Aluminum as anode for energy storage andconversion: a review[]. J Power Sources,2002,110:1-10.較好的抑制氫氣析出的效果。2] ALBERT J M, ANIBU K, GANESAN M, et al. Characterisation of2.3.2鋁陽(yáng)極的活化性能different grades of commercially pure aluminium as prospective gal-(1)開(kāi)路電位:圖5是明膠對鋁電極Ea的影響。它們的vanic anodes in saline and alkaline battery ectrolyte[小]. J ApplEx都比在無(wú)明膠的4 molL KOH溶液中要更負,并且En隨}3] 齊公臺,郫稚弧,魏伯康.不同錫貪量高溫鋁基犧牲陽(yáng)極的電化Eletrocbem, 1989,19: 547-551.明膠濃度的增加先負移,然后正移,當明膠為1%~1.5%時(shí),學(xué)性能[J]材料保護, 199,32( 10 ):29-30.開(kāi)路電位最負(一1.960V)。4] MACDONALD D D, ENGLISH C. Development of anodes for alu-(2)極化程度:圖6是明膠對鋁陽(yáng)極極化曲線(xiàn)的影響(4minun/air batteries solution phase inhibition of corrosion[J]J J Applmol/L KOH),都不同程度地增加了鋁電極的板化,降低了活性I5] 盧凌彬鋁-空氣電池用鋁合金陽(yáng)極與電解液添加劑的研究[D]Electrochem, 1990,20:405- 417.(與未添加明膠相比)。隨明膠質(zhì)量分數增大,鋁陽(yáng)極的活化長(cháng)沙:中南大學(xué),2002.程度變化不大,當明膠質(zhì)量分數為1%時(shí)，活化程度達到最大本刊聲明本刊現入編“一-數字化期刊群”和“中國核心期刊(遮選)數據庫”。作者如不同意將文章入編,投稿時(shí)敬請說(shuō)明。中國煤化工MYHC NMH G>編揖部2009.2、Vol.33 No.290