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(dāng)前能源嚴(yán)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(jié)構(gòu)、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(jié)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(jié)和整理，分析了鋅酸鈣作為負極材料的研究現(xiàn)狀，總結(jié)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(jié)分析，優(yōu)缺點的討論。在前人的大量研究成果基礎(chǔ)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(jié)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(xué)合成結(jié)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(xué)結(jié)構(gòu)、電化學(xué)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(xué)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(dāng)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(nèi)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(zhì)類型等因素；在電化學(xué)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(xué)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(yīng)當(dāng)中就CO2對反應(yīng)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(dāng)中固相反應(yīng)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(nèi)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(xué)性能的檢測分析，發(fā)現(xiàn)這種條件下固相合成目標(biāo)產(chǎn)物同樣具有良好的晶體形貌和電化學(xué)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(dāng)中分別進行反應(yīng)，并成功的在低于1M的碳酸鈉溶液介質(zhì)當(dāng)中合成了目標(biāo)產(chǎn)物鋅酸鈣。針對鋅酸鈣的溶解度進行了絡(luò)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(yīng)數(shù)值，從熱力學(xué)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(chǔ)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(shè)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(jié)論。
　　 成功的嘗試了應(yīng)用電重量方法測量鋅化合物在堿性溶液當(dāng)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(jié)果與實際溶解量對比的方法證明了該種方法的準(zhǔn)確性，并將其樣品測試結(jié)果與絡(luò)合滴定的方法測試結(jié)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(yīng)用的實用性。在此基礎(chǔ)上對應(yīng)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(dāng)中的溶解度進行了測試對比，證實了鋅酸鈣在堿性溶液當(dāng)中比氧化鋅低得多的實驗結(jié)論，不同類型的鋅酸鈣在相同濃度的堿性溶液當(dāng)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(zhì)濃度、電解質(zhì)種類、電流密度等眾多因素對鋅