二次碱性锌电极有机代汞缓蚀添加剂制备及作用机制研究

Zinc is widely used as a metal alkaline battery anode active material, zinc nickel battery is considered to be suitable for all kinds of small electric tools, as one of the electric car battery power.Zinc negative are easy to dissolve in alkaline electrolyte, zn electrode when charging and discharging vulnerable to change in shape of electrode and dendritic growth ,lead to piercing diaphragm and short circuit, and traditional method is the use of mercury oxidation corrosion inhibitor to solve the above problem, but the show to a great extent to suppress the seal zinc nickel battery development and practical because of the server toxicity.This topic to synthesize effective mercury-substituting inhibitor, to solve Zn electrode existing change in shape of electrode and dendritic growth and the corrosion problems as the research target, this paper puts forward synthesis series replace pyridine formex hydrazone Schiff bases surfactant as a mercury-substituting inhibitor, using electrochemical technology, surface analysis and molecular simulation method to study additives influence on the process of zincic charging and discharging and its nuclei growth mechanism, and additives on zinc surface adsorption mechanism and adsorption law, based on this to continuous optimization molecular structure of mercury-substituting inhibitor and alkaline electrolyte composition, to improve electrochemical performance of secondary alkaline zinc, to improve zinc nickel battery charge and discharge properties and service life purpose eventually

金属锌广泛用作碱性电池的负极活性材料，锌镍电池被认为是适合作为各种小型电动工具、电动汽车动力源的电池之一。锌负极存在易溶解于碱性电解液、锌电极充放电时易发生"变形"和"锌枝晶"刺穿隔膜导致短路等现象，而传统方法是使用氧化汞缓蚀添加剂来解决上述难题，但其剧毒性很大程度上抑制了密封锌镍电池的开发与实用化。本项目以制备一种有效的代汞缓蚀添加剂，来解决锌电极存在"变形"、"枝晶"和"自腐蚀"等实际问题为研究目标，提出设计制备具有类似Gemini结构的系列吡啶酰腙希夫碱基表面活性剂代汞缓蚀剂，利用电化学技术、表面分析及分子模拟方法研究缓蚀添加剂对锌充放电过程的影响和锌晶核的生长机理，以及缓蚀添加剂在金属锌表面的吸附机制和吸附规律，在此基础上不断优化代汞缓蚀添加剂的分子结构、锌电极组成和碱性电解液的组成，改善二次碱性锌电极的电化学性能，最终达到提高锌镍电池的充放电性能和使用寿命的目的。

金属锌广泛用作碱性电池的负极活性材料，二次碱性锌镍电池被认为是适合作为各种小型电动工具、电动汽车动力源的电池之一。二次碱性锌镍电池的主要不足是锌电极充放电时易发生“变形”、“锌枝晶”、“自腐蚀”和“钝化”，导致电池循环寿命较短。这些现象产生的主要原因是锌负极易溶解于碱性电解液和反复充放电过程中锌沉积的不均匀分布。而传统方法是在锌粉中加入汞或汞的化合物来解决上述问题，但其剧毒性，在一定程度上影响了碱性锌镍电池的开发与实用化。本项目以解决锌电极存在“变形”、“枝晶”、“自腐蚀”和“钝化”等问题为研究目标，制备系列席夫碱基表面活性剂，并研究其作为代汞缓蚀添加剂的可能性，如2-辛酮席夫碱基表面活性剂、席夫碱基聚乙二醇（400）月桂酸酯表面活性剂、席夫碱基季铵盐型双子表面活性剂以及燕尾型苝二酰亚胺类双子表面活性剂。利用电化学技术、表面分析研究了自制表面活性剂在ZnO饱和的KOH溶液中对锌电极和模拟碱性锌镍电池的电化学性能的影响，结果表明，具有配位功能的表面活性剂可以作为代汞缓蚀添加剂应用于碱性锌镍电池。利用分子模拟方法和密度泛涵理论研究了自制表面活性剂在Zn(1 0 0)表面的吸附机制和吸附规律，以及自制表面活性剂分子结构对吸附性能的影响，结果表明，自制表面活性剂分子平行吸附于金属锌表面，杂原子为吸附活性位点。自制的表面活性剂吸附膜有效的抑制了腐蚀粒子的扩散作用。在实验与理论研究的基础上，不断优化自制表面活性剂分子结构和碱性电解液的组成，改善二次碱性锌电极的电化学性能，最终达到提高碱性锌镍电池的充放电性能和循环寿命的目的。项目的研究成果，为解决锌电极在充放电过程中普遍存在锌变形、锌枝晶、自腐蚀、钝化等问题提供了新的技术支持，代汞缓蚀添加剂分子结构的理论研究成果，为开发性能更优异的新型代汞缓蚀添加剂，提供新的思路和解决方案。