鋅酸鈣制備方法和生成機制及鋅枝晶的研究.pdf

1、本論文簡要介紹了當前能源嚴峻形勢以及新能源的研究現(xiàn)狀，羅列了各種鋅基電池的原理、結構、性能特點并加以對比分析，著重介紹了鋅基電池中鋅鎳電池的研究現(xiàn)狀及其長期存在的枝晶、形變等瓶頸問題，并總結了前人提出的解決這些問題一些途徑。針對鋅酸鈣作為替代氧化鋅的替代系負極材料的研究做了系統(tǒng)的總結和整理，分析了鋅酸鈣作為負極材料的研究現(xiàn)狀，總結了鋅酸鈣的制備方法，并對鋅酸鈣的制備合成方法進行了總結分析，優(yōu)缺點的討論。在前人的大量研究成果基礎上提出了新

2、的研究思路。
　　 在鋅酸鈣的合成方法探索中，本論文總結了以往的固相合成法、球磨合成法、共沉淀合成法、低溫固相法、水熱合成法等各種合成方法的制備工藝、合成條件，分析了各種方法的優(yōu)劣所在。嘗試將電解合成工藝與鋅酸鈣化學合成結合起來，成功的在槽壓為2-5V，電解電流為1A-3A的電解槽中合成了鋅酸鈣晶體，并對電解制備的樣品進行了表面形貌、化學結構、電化學性能等方面的試驗檢測，通過檢測證實了該樣品為鋅酸鈣且具有良好的電化學性能；在電解

3、法制備鋅酸鈣的條件探索上，本論文在影響電解合成的各方面進行了系統(tǒng)探索，對陽極室電解液選用氯化鈣(CaCl2)、氫氧化鉀(KOH)電解液進行了不同濃度條件下的制備探索，并分別在0.5MCaCl2電解液，20wt％KOH電解液當中合成了粒徑在50-100nm的形貌較好的鋅酸鈣樣品；在添加劑的種類和劑量上也進行了研究，發(fā)現(xiàn)陽極室和陰極室內分別加入KC1和KNO3添加劑時分別形成0.05mol/L的溶液為宜。針對不同電解條件下制備的樣品分別進行

4、了XRD、EDS、TG-DTG、SEM等物象的表征，分析了各種條件下制備的鋅酸鈣的形貌、純度、雜質類型等因素；在電化學性能上進行了粉末電極CV、實驗電池Charge-Discharge性能的測試，經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)電解制備的鋅酸鈣氧化還原電位差在90mV左右，具備良好的電化學可逆性，實驗電池顯示實際比容量最大可達到243.2mAg-1，循環(huán)32周后，容量仍然保持在最大容量的90％以上；利用金屬鋅粉部分取代電解鋅酸鈣組成的混合電極材料制成的負極

5、制成方形電池進行1C大倍率下充放電試驗，140次后電池容量仍然保持在70％以上。
　　 在鋅酸鈣制備反應當中就CO2對反應的影響進行了分析研究，成功的利用碳酸鈣(CaCO3)和氧化鋅(ZnO)為原料在5wt％-35wt％KOH溶液當中固相反應合成了鋅酸鈣樣品，并發(fā)現(xiàn)在堿性濃度較弱情況下合成鋅酸鈣速率較慢，生成的鋅酸鈣形貌偏向正六邊形，堿性濃度較大情況下在較短的時間內便可生成四邊形鋅酸鈣；對于不同堿濃度下合成的鋅酸鈣同樣進行了物象

6、表征和電化學性能的檢測分析，發(fā)現(xiàn)這種條件下固相合成目標產物同樣具有良好的晶體形貌和電化學性能。以氧化鋅和氫氧化鈣為原料在含有不同濃度碳酸鈉的溶液當中分別進行反應，并成功的在低于1M的碳酸鈉溶液介質當中合成了目標產物鋅酸鈣。針對鋅酸鈣的溶解度進行了絡合滴定測試分析，發(fā)現(xiàn)了鋅酸鈣的KsP遠遠小于碳酸鈣和氫氧化鈣的相應數(shù)值，從熱力學角度上解釋了以碳酸鈣、氫氧化鈣為原料制備鋅酸鈣的理論可行性，并在前人研究的基礎上，提出了鋅酸鈣生成機理的離子表達

7、式為Ca2++2Zn(OH)(?)+2H2O(?)Ca(Zn(OH)3)2·2H2O。并設計實驗進行了推理論證，從理論和實驗事實兩方面證明了其合理性，得出了CO2及CO32-在一定濃度的情況下不會阻礙鋅酸鈣的生成的結論。
　　 成功的嘗試了應用電重量方法測量鋅化合物在堿性溶液當中的溶解度，從理論上分析計算了該種方法的可行性，利用實驗結果與實際溶解量對比的方法證明了該種方法的準確性，并將其樣品測試結果與絡合滴定的方法測試結果進行了

8、對比，證實了電重量法在鋅的化合物堿溶液溶解度測試應用的實用性。在此基礎上對應用該方法對氧化鋅樣品和不同類型的鋅酸鈣在不同堿溶液當中的溶解度進行了測試對比，證實了鋅酸鈣在堿性溶液當中比氧化鋅低得多的實驗結論，不同類型的鋅酸鈣在相同濃度的堿性溶液當中溶解度差別不大，六邊形鋅酸鈣比四邊形鋅酸鈣略低，共沉淀方法制備的鋅酸鈣最小。
　　 利用二維晶體生長的實驗方法對鋅枝晶生長做了簡單的研究，對電解質濃度、電解質種類、電流密度等眾多因素對鋅