Физико-химические закономерности модифицирования порошковых цинковых электродов

• Автор: Чиянова, Анастасия Ивановна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 151 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
]. 1 Катодные процессы на цинковом электроде в цинкатных электролитах
1.2 Влияние поверхностно-активных веществ (ПАВ) на процесс электроосаждения
1.3 Анодный процесс на цинковом электроде в щелочных растворах
1.4 Свойства цинкатных растворов
1.5 Электролитический способ изготовления цинкового электрода
Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Объекты исследований
2.2 Методы исследований
Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Выявление факторов, способствующих образованию порошкообразного цинка из цинкатных электролитов
3.2 Влияние добавок на формирование осадка цинка
3.3 Изучение влияния условий осаждения на характеристики порошка цинка
3.4 Влияние олигомеров, содержащих аминогруппы в концевых углеводородных фрагментах, на процессы, протекающие при осаждении порошка цинка
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК ПРИНЯТЫХ В РАБОТЕ СОКРАЩЕНИЙ
ДЭС - двойной электрический слой
КОЭ - кубовый остаток этерификации
МАК - метакриловая кислота
н.в.э. - нормальный водородный электрод
НЦА - никель-цинковый аккумулятор
о.р.э. - оксидно-ртутный электрод
ПАВ - поверхностно-активное вещество
ПЭИ - полиэтиленимин
ПЭПА - полиэтиленполиамин
ХИТ - химический источник тока
ЭДТА - этилендиаминтетраацетат ион
]к - катодная плотность тока
]а - анодная плотность тока
]р - разрядная плотность тока

ВВЕДЕНИЕ
Система цинк-щелочь имеет большое практическое значение. На ее основе созданы и широко применяются химические источники тока, что связано с достоинствами цинка благодаря относительно отрицательному значению потенциала цинка в щелочи [1]. Доступность цинка делает его дешевым анодным материалом. Мировые запасы цинка составляют примерно 1,9 гигатонн, чем можно обеспечить сборку миллиарда источников тока на основе цинка энергией 10 кВт ч каждый [2]. Цинковый электрод, являясь ограничителем емкости на интенсивных режимах разряда, определяет характеристики источника тока.
Особое место занимают резервные источники тока. Они применяются в космической и военной технике, в торпедах, управляемых снарядах и ракетах, для различной переносной аппаратуры в аварийно-спасательных и сигнализирующих системах [3]. Резервные ХИТ должны обладать достаточно высокой удельной емкостью и энергией при интенсивных режимах разряда, длительной сохранностью энергии в сухозаряженном состоянии и постоянной готовностью к работе в широком диапазоне температур и в условиях значительных механических нагрузок.
К лучшим достижениям в области резервных источников тока на основе системы цинк-щелочь относятся серебряно-цинковые ампульные батареи, имеющие удельную энергию до 125 Вт ч/кг при удельной мощности до 1000Вт/кг. Эти источники тока приводятся в рабочее состояние путем заполнения элементов электролитом из встроенных ампул с помощью сжатого воздуха или давлением газов от пиротехнических зарядов, входящих в конструкцию батареи [4].
Для обеспечения высокой работоспособности на интенсивных режимах разряда и быстрой активации резервного ХИТ цинковый электрод должен иметь высокоразвитую поверхность, электропроводный каркас и в тоже время должен быть достаточно механически прочным. Наиболее приемлемым для достижения поставленных целей является электролитический способ изготовления

происходит последовательно, а скорость всего процесса лимитируется стадией отдачи второго электрона:
В цинкатных растворах, ненасыщенных по окиси цинка, во всей исследованной области концентраций цинката при постоянстве величины pH растворов отмечается нулевой порядок электрохимической реакции по цинкату. Это указывает на то, что процесс анодного растворения цинка состоит из ряда последовательных стадий и механизм процесса не включает стадии, в которых принимали бы участие его конечные продукты.
Порядок электрохимической реакции по ионам гидроксила в насыщенных растворах равен двум, что свидетельствует о том, что продуктом электрохимической стадии являются частицы 2п(ОН)2. Механизм анодного растворения в этом случае может быть представлен следующей схемой с наиболее медленной второй стадией (1.48) [39]:
При увеличении концентрации цинката в электролите выше предельной растворимости ZnO порядок электрохимической реакции по цинкат-ионам и по свободным ионам гидроксила, определенный при постоянной активности ионов Zn01Jf, равны нулю. Следовательно, в пересыщенных цинкатных растворах продуктом электрохимической стадии являются простые ионы цинка. Присоединение ионов ОН' к ионам цинка с образованием цинкат-ионов происходит уже в объеме раствора в ходе быстрой химической реакции.
Zn + ОН' - е = 2пОН 2п011 + ОН' = 2п(ОН)2' гп(ОН)2- + ОН' - е = 2п(ОН)3' 2п(ОН)з2‘+ ОН' = 2п(ОН)42'
(1.43)
(1.44)
(1.45)
(1.46)
гп + он' - е = znOl ZnOU + ОН' - е = гп(ОН)2 2п(ОН)2 + ОН' = 2п(ОН)з' 2п(ОНу + ОН' = /.п(ОН)42'
(1.47)
(1.48)
(1.49)
(1.50)
гп - е = гп+ Zn+ - е = 2п2+
(1.51)
(1.52)