Zn—MnO_2碱性电池中MnO_2放电反应机理的研究

本文根据化学热力学、化学动力学及晶体结构等方面的知识,从不同角度阐述Zn—MnO_2碱性电池中r—MnO_2放电反应的机理,并说明在研制LR20 Zn—MnO_2碱性电池应采取的必要措施。     

干电池生产中MnO_2的搭配

MnO_2是锌锰干电池正极的活性物质,它对电池的电性能起着决定性的作用。我国目前干电池生产使用的锰粉材料,仍以天然MnO_2为主,其化学组成及结构相当复杂,正确认识单一锰粉的电性能,评估混合锰粉的搭配效果是非常必要的,对指导干电池生产有着极其重要的意义。 本文以广西大新和靖西、福建连城、山西灵丘、湖南桂阳等地生产的天然锰粉作为研究对象,通过测定单一锰粉的理化性质、组装电池后的电性能,以及将上述锰粉按不同比例搭配制成电池后的电性能测定及分析,对天然MnO_2的搭配进行研讨和简评,     

有机添加剂对碱性锌锰电池MnO_2电极性能的影响

以三乙醇胺、乙二胺四乙酸二钠和柠檬酸等有机物质作为添加剂,分别添加到40%KOH电解液中时,碱性锌锰电池的MnO_2电极放电性能均能得到改善。     

铝在氯化锌和氯化铵溶液中的阳极特性及Al/MnO_2电池放电性能

用ZnCl_2和NH_4Cl作电解质,研完了LDl—5五种铝合金Al/MnO_2电池阳极的特性。其中LD5合金的自腐蚀速率、阳极溶解析氫速率和负差效应比较小,加入添加剂[J]能降低析氢速率。装置成R_(20)干电池可获得较好的放电性能:开路电压、短路电流和负荷(5欧)电压均能达到国家干电池技术标准,5欧连放时间可达15小时,贮存一年后电池壳仍禾腐蚀穿孔,但放电容量比新电池降低大约45％。因此,用LD5合金作阳极的Al/MnO_2电池是有前途的。     

Zn／MnO2固态电池

利用Zn-蒙脱石作为固体电解质,组装成Zn/Zn-蒙脱石/MnO_2固态电池。研究了不同温度处理的电解MnO_2对电池性能的影响,发现以γ和β相共存的MnO_2具有较高的放电容量。电池的极化性能研究表明电解质的电阻所引起的欧姆极化是电池极化的主要因素。本文还初步探讨了离子在蒙脱石中的迁移机制对电池性能的影响,提出水合离子迁移的概念。     

可再充电型Zn—MnO_2电池的研究

本文从物质结构的角度,分析了可作为再充电电池正极材料MnO_2的晶型结构,讨论了它的充放电可逆性,并介绍了一种再充电的 Zn—MnO_2电池。通过对实验结果的分析,指出了生产这类电池的可能性。     

碱性Zn—MnO_2电池爬碱和气胀及其解决途径

根据物理化学的基本原理,系统地探讨了碱性Zn—MnO_2电池爬碱和爆炸的可能机理,从而解释了科研中出现的现象,找出了解决问题的途径,指导了科研实际,进而研制出了具有防爆性能的新结构和性能优良的封口剂,很好地解决了碱性Zn—MnO_2电池爬碱和爆炸两大难题,为我国碱性Zn—MnO_2电池的发展展现了美好的前景。     

超声-浸渍法制备介孔MnO_2及其性质表征

采用超声-浸渍法,以SBA-15为硬模板、Mn(NO_3)_2为锰源制备出介孔MnO_2. 采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、氮气吸附-脱附以及热重-差热方法(TG/DTA)对样品的物理结构进行表征;用恒流充放电、循环伏安和电化学阻抗(EIS)考察样品作为超级电容器电极材料的性能. 结果表明,样品MnO_2复制了SBA-15的介孔结构,比表面积、平均孔径分别为282m~2·g~(-1)和2.75nm;介孔MnO_2作为超级电容器电极材料,具有良好的动力学可逆性,电荷转移电阻小,电化学活性较高,首次放电比容量为285F·g~(-1),循环500次后仍保持在210F·g~(-1).     

纤维态电解二氧化锰的半导体性质与电池活性的关系

本文探讨质子和电子在MnO_2晶体内部的扩散速率对MnO_2电池活性的影响。研究表明,在400℃以下不同温度加热处理的纤维态电解二氧化锰(FEMD)粉末样品均表现出n-型半导体的特征,在105—400℃的温度范围内,FEMD粉末样品的电子浓度和电子迁移率随热处理温度升高而增大。FEMD的放电反应速率在第一放电反应阶段(MnO_2—MnO_(1.75))由质子在晶体内部的扩散速率决定,在第二放电反应阶段(MnO_(1.75)—MnO_(1.5))则由电子电导决定。     

大功率碱性锌—锰二次电池再充性问题研究

本文概要地总结了关于碱性 MnO_2-Zn电池再充性问题研究的有关文献,用动电位扫描法,X射线衍射法和敏感电极法分析了影响塑料粘结 MnO_2-Zn二次电池在高速放电条件下再充性的重要因素。发现,MnO_2电极的稳定的物理结构,正负电极的恰当匹配和正确的充电方法是改善电池再充性能的必要条件。实验指出,一种2.4安时的实验性MnO_-Zn电池以1.6C率放电12分钟,即放至MnO_2电极单电子容量的1/3深度,当电池终止电压降至0.9伏时,电池的循环寿命为200周。     

MnO_2催化臭氧氧化模拟草酸废水

比较了单独臭氧氧化、MnO_2催化剂吸附和MnO_2催化臭氧氧化3个体系对模拟草酸废水COD的去除效果,考察催化剂投加量对COD去除率的影响,并建立和验证了草酸氧化降解中的独立反应式.实验结果表明:单独臭氧氧化、MnO_2催化剂吸附和MnO_2催化臭氧氧化3个体系对模拟草酸废水COD的去除率分别为4.94%、20.83%和44.44%.MnO_2催化剂最佳投加量为0.500 g/L时,COD(草酸初始质量浓度500 mg/L,初始COD质量浓度89 mg/L,反应时间1 h)的去除率高达85.87%,由于MnO_2催化O_3产生·OH,MnO_2/O_3体系对模拟草酸废水COD的去除率明显提高.依据化学计量矩阵方法,验证并确立了草酸氧化降解过程的独立反应式.动力学理论计算和实验结果均表明,MnO_2催化臭氧氧化模拟草酸废水COD的降解过程符合准一级动力学方程(R~20.9).     

电沉积MnO_2工艺因素对PbO_2-Ti/MnO_2电极性能的影响

文中研究了电沉积MnO_2工艺条件及热处理对PbO_2-Ti/MnO_2电极电催化析氧性能及寿命的影响。实验结果表明,低电流密度(0.01～0.06A/dm~2)下电沉积MnO_2得到的电极的电催化性能好、寿命长。热处理能改善电极的电催化性能,并能大大延长电极的寿命。电沉积MnO_2动力学研究、电极表面MnO_2显微组织分析、断面PbO_2与MnO_2结合状态的研究,均阐明了这种影响的微观实质。     

超微粒MnO_2的合成

以MnCl_2和NaOH为原料,采用胶溶法,制备了超微粒MnO_2制得的MnO_2超微粒为非晶态,直径6.0～10.0 nm,呈球状,在有机溶剂中具有良好的分散性和透明性,考察了影响氧化锰溶胶调制的因素,获得了最佳制胶条件,研究了表面活性剂用量与Mn迁移率的关系;通过X-光粉末衍射、红外光谱、热重及差热分析,研究了产品的结构性能。     

纳米MnO_2负载硅藻土对苯酚废水的吸附性能研究

文章以乙酸锰和柠檬酸为原料,采用溶胶-凝胶法分别制备了纳米MnO_2和纳米MnO_2负载的硅藻土。采用X-ray衍射(X-射线diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、N2吸附-脱附等对所制备的纳米MnO_2和纳米MnO_2负载硅藻土进行表征。以所制备的纳米MnO_2负载硅藻土为吸附剂,以初始质量浓度为100mg/L的模拟废水中苯酚去除率为主要考察指标,确定了较适宜的吸附工艺条件如下:吸附温度为25℃、吸附时间为100min、体系pH值为2、吸附剂用量为0.6g/L。该条件下的重复实验显示废水中苯酚的平均去除率达85.63%;吸附热力学结果表明,纳米MnO_2负载硅藻土对苯酚废水的吸附等温线符合Langmuir方程,其饱和吸附量为207.039 3mg/g。     

MnO_2/CNTs复合材料的比表面积和负载量对超级电容器性能的影响

以多壁碳纳米管(CNTs)和高锰酸钾(KMnO_4)为原料,制备了MnO_2含量不同的MnO_2/CNTs复合材料。利用场发射扫描电镜和透射电镜观察了材料形貌的变化;利用氮气等温吸附研究了MnO_2含量对复合材料的比表面积和孔容的影响;并对复合材料进行了电化学性质测试。结果发现,MnO_2含量对复合材料的纤维直径、片层厚度及比表面积的影响显著;当KMnO_4的质量是碳纳米管的10倍时,所得复合材料的电容性能最优,比电容最高可达199F/g,归一化后MnO_2比电容最高可达255F/g。研究表明,当优化电极材料性质时,更大范围内的金属氧化物含量可能会影响到复合物的微观结构。     

提高碱性锌锰电池性能的新途径

本文报道了提高碱性锌锰电池性能研究工作的部分内容,包括:阴极组成、阴极环成型压力对电池性能的影响;简化并改善了生产工艺;研制的碱性Zn—MnO_2电池,通过2Ω连续放电,其比能量达到72Wh/kg。     

金属掺杂离子对化学NrO_2的放电性能的影响(Ⅱ)

在相同的条件下,以碱金属和碱土金属的氯酸盐氧化Mn~(2+),对如此得到的合成MnO_2进行结构及放电性能的研究。结果表明,它们都属γ—MnO_2,且放电性能与相应的氧化剂中金属阳离子半径变化有一定关系,并从MnO_2的晶体结构方面作出了理论上的解释。     

MnO_2@NiCo_2O_4核-壳异质结构的构筑及电化学性能和催化性能

采用2步水热法制备出1种以NiCo_2O_4纳米线为核,MnO_2纳米颗粒为壳的三维结构MnO_2@NiCo_2O_4@Ni-foam复合材料。通过X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)对复合催化剂的结构和形貌进行表征;通过循环伏安法(CV),恒流充放电性能(GCD)和电化学阻抗谱(EIS)来进行表征复合材料的电化学性能;通过O_3催化降解装置对复合材料的催化性能进行研究。结果表明:MnO_2@NiCo_2O_4@Ni-foam复合材料在频率范围为0.1～10 000 Hz时阻抗较低;通过降解实验发现,MnO_2@NiCo_2O_4@Ni-foam对O_3的降解率高于50%,表现出良好的催化效果。这表明MnO_2@NiCo_2O_4@Ni-foam复合材料在降解O_3,净化空气方面有广阔的应用前景。     

金属掺杂离子对化学M_nO_2放电性能的影响<Ⅰ>

在相同条件下,以碱金属和碱土金属的氯酸盐氧亿Mn~(2+),对如此得到的合成MnO_2进行结构及放电性能的研究,结果表明,它们都属r-MnO_2且放电性能与相应的氧化剂中金属阳离子半径变化有一定关系,并从MnO_2的半导体性质方面作出理论上的解释。     

MnO_2/碳纳米管膜柔性复合材料的制备及其电容性能

为了获得比电容大、工作稳定性高的柔性超级电容器,在碳纳米管膜上利用恒电流沉积法在不同沉积时间和沉积电流密度下沉积MnO_2,制备出了MnO_2/碳纳米管膜柔性超级电容器电极材料.分别利用扫描电镜和X线衍射对所得电极材料的形貌和结构进行表征,并通过恒电流充放电测试和交流阻抗谱研究了复合材料的电容性能.结果表明:复合材料的电容性能可以通过调节MnO_2的沉积电流密度和沉积时间来控制;沉积电流密度为1 A/g、沉积时间为20 min条件下制备所得MnO_2/碳纳米管膜复合材料的比电容可达356 F/g,是纯碳纳米管膜比电容的7.5倍.此外,MnO_2/碳纳米管膜复合材料的比电容经200次充放电循环后维持在初始值的96.6%,显示出良好的循环稳定性,在高性能柔性超级电容器应用方面展现了一定的前景.