环保型添加剂对铝阳极电化学性能的影响

电源技术研究与设订环保型添加剂对铝阳极电化学性能的影响余祖孝，孙亚丽，黄新，周新(四川理工学院材料与化学工程系,四川自贡643000)摘要:为了提高铝的耐蚀性以及活化性能,用电化学方法研究了在4 molL KOH溶液中,环保型添加剂乌洛托晶[六次甲基四胺(CH2)N小吐温-80和明胶对铝阳极( 99 999% )电化学性能的影响,结果表明,添加0.5%乌洛托品,不仅使铝的析氢腐蚀速度降低(缓蚀辜70% ) ,又能最大程度保持铝阳极的话性(与铝在4 molL KOH水溶液中的情况非常接近)，开路电位E由-1.765V负移到- 1.865V。当分别添加0.5%吐温-80 和1%明胶时，则铝的缓蚀率达80.54%和74.46%,且Eap负移出现最大值(一1.950 V和一1.960 V),但铝的极化稍微有所增加。关键词:铝阳极;碱性溶液;环保型添加剂(乌洛托品、吐温-80 和明胶);电化学性能中图分类号:TM 911.4文献标识码:A文章编号: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近年来,铝阳极的研究十分活跃",它是一种高强度能量具有非常重要的地位和作用，我们研究了铝在4 molL KOH载体,电化学当量高(2.98 Ah/g),电位负(- 2.35 V),能提供大溶液中,环保型添加剂(吐温-80、明胶和乌洛托品)对铝阳极的功率,如铝-空气电池理论比能量可达8100Whkg,对环电化学性能的影响。境非常友好,所以铝是开发电池的理想电极材料4,同时铝作1实验为牺牲阳极的研究也十分活跃D。但是铝的极化和腐蚀相当电极:(1)研究电极为铝( 9.999%)。将铝的一端表面裸严重，是影响其大规模应用的主要障碍,目前大部份工作是露,其余用环氧树酯密封,用2003 00金相砂纸打磨,用在发展合金燃料，但是合金的制造以及取得最佳行为需要进乙醇除油;(2)辅助电极为石墨;(3)参比电极为饱和甘汞电极。行热机械加工，都需要特殊的生产设备.所以一种对合金燃料试剂:KOH、吐温-80、明胶和乌洛托品[六次甲基四胺，有吸引力的替代物是溶液添加剂",目的是降低铝阳极腐蚀(CH2)N,]均为分析纯。速度到-种可接受的水平并尽量保持铝阳极的活性不改变，仪器:用LK98C(天津),测量铝阳极的线性扫描伏安曲线这样就避免了合金化、热处理等过程。因此,铝阳极及电解液(1 mV/s)以及开路电位随时间变化曲线。此外,温度30 C。缓蚀率:n=1-v'm/va (v'mV_分别为有、无添加剂收稿日期:2008-07-25基金项目:材料腐蚀与防护四川省高校重点实验室科研项目基时铝的失重腐蚀速度)金资助(2008 CL)中国煤化工作者简介:余祖孝( 1964- ),男,重庆市人,副教授,博士生,主2.1CNMHG能的影响要研究方向为应用电化学及有机功能材料。HBiography: YU Zu- xiao (1964-), male, associate prolessor,2.1.1铝阳极的阻化作用candidate for Ph D.乌洛托品,它低毒,无异味,易溶于水等优点。在4 molL2009.2 Vol.33 No.288研究与设计电源技术KOH溶液中,添加(CH).N,对铝阳极缓蚀率的影响见图1。当其它几个质最分数的极化程度都比在4mol/LKOH水溶液中质量分数为0.5%~1%时,其缓蚀率达到最大值( 70% )。因为要大。因此，添加0.5% (CH2)N,时,能够最大程度保持铝阳极(CH)N,是--种含氨缓蚀剂,N原子可在铝电极表面形成静的活性不改变。电吸附，使得该缓蚀剂具有较高的覆盖度起到很高的缓蚀作2.2吐温-80对铝阳极电化学性能的影响用,但缓蚀剂达到一定浓度时,在电极表面的吸附趋于饱和，2.2.1 铝阳极的阻化作用如果再增加浓度.电极表面缓蚀剂间的静电排斥作用,脱附速图3是吐温-80对铝在4mol/LKOH溶液中的腐蚀速度度增加,易造成电极表面缓蚀剂分子有效浓度的降低,因而缓影响。表明了吐温-80作为缓蚀剂.能明显地抑制铝的腐蚀,蚀效率下降.出现浓度极值现象。无论是高浓度还是低浓度.都表现出了较好的抑制析氢效果，2.1.2铝阳极的活化性能当质量分数为0.1%~0.5%时,其缓蚀率达到最高( 80.54%)。(1 )开路电位: (CH)N对铝电极开路电位Ea的影响见可能由于[非离子表面活性剂吐温-80的聚氧乙烯非极性基，图1。随着(CH,)JN, 浓度的增加，Ep先负移到最大值,即由-对金属电极的吸附作用，它在金属表面形成连续的起物理屏1.765V负移到一1.865 V,然后正移，但都比铝在4 mol/L障作用吸附分子膜,使金属与电解液的接触面变小，从而抑制KOH溶液中的Ea (-1.765V)更负。当(CH)N4浓度为了金属的腐蚀。并且缓蚀效果与加人量有关.当稍过量时,有0.5%时,Ea最负(- 1.865 V),即在这个浓度下活性最大。金机缓蚀剂在铝表面吸附开始平均化,而不是在那些活化点上，属电极Eo的这种变化是由于电极表面被有机添加剂的吸附减弱了对金属的缓蚀效果;当加入过少时,也可能存在不均匀层覆盖,或者在某些情况下.被有机添加剂的降解产物所覆盖吸附,也不能起到很好的缓蚀效果.因此,缓蚀率出现极值现造成的。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浓度%200.01.2.-1.75圈1 六次甲基四胺对铝缓蚀率和Eam的影响Tween-80浓度/%Fig.1 Infuence of (CH)JN. on crrosion-ihibited ratio圉3 4mo/L KOH中吐温- 80对纯铝缓蚀率和Ea的影响and Ep of AIig.3 Influence of Tween-80 on corrosion-ihibited ratio and(2)极化程度:(CH)Ns对铝阳极极化曲线的影响见图E。ofAl2。当(CH)N,浓度为0.5%时，极化程度最小(曲线4),与铝2.2.2铝阳极的活化性能在4 molL KOH水溶液中的情况非常接近(曲线1).因此它(1 )开路电位:吐温-80 对铝Ea的影响(4 mol/L KOH)见能够在较宽的电位范围保持很高的活性。而加人的(CH)N4图3。 随吐温-80浓度增大.Ep先负移,出现最大值,然后又开始正移。当质量分数为0.5%~ 1.0%时.开路电位最负。(2)极化程度:吐温-80对铝阳极极化曲线的影响见图25 F(CH)N,浓度分数4。吐温-80对铝电极的影响是--致的.都不同程度地增加了铝电极的极化,降低了活性(与未添加吐温-80 相比)。其中,00-4.0.5%当吐温-80的质址分数为0.5%时，铝的极化程度相对最小，6.1.5%活性相对最大。2.3明胶对铝阳极电化学性能的影响2.3.1铝阳极的阻化作用明胶是一种从动物的结缔组织(骨、皮.筋等)中的胶原25部分水解得到的蛋白质。由图5可知，在4 mol/L KOH溶液中,中国煤化工大后减小,当质量分数-1.9-4.8-4.7-1.6-1.5-4.4-1.3-1.2-4.1为19C N M H G。其原因.明胶分子中E/fYH圉24 mol/L KOH水溶液中铝的极化曲线既有氨基，又有段基，既胺键上有携带孤电子对的=0和- NHFig.2 Polarization curves of AJ in 4 molL KOH基团,铝离子有可能也与明胶分子形成配位键,因此明胶具有892009.2 Vol.33 No.2更源技术研究与设计100Tween-80浓度分敷明胶浓度分数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中铝的极化曲线围4在4 mo/L KOH中铝的极化曲线ig.6 Polarization curves of AI in 4 molL KOHFig.4 Polarization curves of AI in 4 molL KOH直。-2.0575- 2.003结论70◆→-4.95在碱液中添加环保型添加剂乌洛托品(六次甲基四胺)、65-吐温-80和明胶能有效抑制铝的腐蚀,当添加0.5%乌洛托品，4.90g不仅使铝的析氢腐蚀速度降低,铝的缓蚀率达70%,又能最大.41.85 '程度保持铝阳极的活性(与4 mol/L KOH水溶液的情况非常”50}41.80接近),Ea由-1.765 V负移到- 1.865 V。当分别添加0.5%4moW/L KoH水溶液中-4.75吐温-80和1%明胶时，则Al的缓蚀率达80.54%和74.46%，40且开路电位En负移出现最大值(- 1.950 v和-1.960 V),但0.51.2.4.70铝的极化稍有所增加。明胶浓度/%團5在4 molL KOH中明胶对铝缓蚀率和Ep的影响参考文献: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.较好的抑制氢气析出的效果。2] ALBERT J M, ANIBU K, GANESAN M, et al. Characterisation of2.3.2铝阳极的活化性能different grades of commercially pure aluminium as prospective gal-(1)开路电位:图5是明胶对铝电极Ea的影响。它们的vanic anodes in saline and alkaline battery ectrolyte[小]. J ApplEx都比在无明胶的4 molL KOH溶液中要更负,并且En随}3] 齐公台,郫稚弧,魏伯康.不同锡贪量高温铝基牺牲阳极的电化Eletrocbem, 1989,19: 547-551.明胶浓度的增加先负移,然后正移,当明胶为1%~1.5%时,学性能[J]材料保护, 199,32( 10 ):29-30.开路电位最负(一1.960V)。4] MACDONALD D D, ENGLISH C. Development of anodes for alu-(2)极化程度:图6是明胶对铝阳极极化曲线的影响(4minun/air batteries solution phase inhibition of corrosion[J]J J Applmol/L KOH),都不同程度地增加了铝电极的板化,降低了活性I5] 卢凌彬铝-空气电池用铝合金阳极与电解液添加剂的研究[D]Electrochem, 1990,20:405- 417.(与未添加明胶相比)。随明胶质量分数增大,铝阳极的活化长沙:中南大学,2002.程度变化不大,当明胶质量分数为1%时，活化程度达到最大本刊声明本刊现入编“一-数字化期刊群”和“中国核心期刊(遮选)数据库”。作者如不同意将文章入编,投稿时敬请说明。中国煤化工MYHC NMH G>编揖部2009.2、Vol.33 No.290