锌锰电池缓蚀剂的研究与进展李洪仁1,马江虹2(1.沈阳大学师范学院自然科学系,辽宁沈阳110016;2.内蒙古赤峰财经学校,内蒙古赤峰024001)摘要:锌锰电池中汞作为缓蚀剂对锌电极有重大影响,无汞电池需要高效代汞缓蚀剂。本文综述了锌锰电池中的锌缓蚀剂的研究与发展,介绍了当前无机、有机缓蚀剂的应用。关键词:锌锰电池;缓蚀剂;无汞化中图分类号:TE174.42文献标识码:A文章编号:1008-3863(2003)04-0116-03一、前言锌锰干电池是人们日常生活不可缺少的化学电源,负极材料采用锌,价格低廉易于取得,但锌在电池电解液中易发生自溶析氢现象。电池反应负极:Zn+2OH--2e→ZnO+H2O副反应:Zn+H2O→ZnO+H2↑由于氢气的析出,使电池气胀漏液,缩短电池使用寿命,降低了原料的利用效率。为了解决这一问题,长期以来人们一直用汞作为电池缓蚀剂,但汞对环境污染十分严重,自然环境中的汞近十年上升近十倍,汞污染很难消除。为解决污染问题,采用回收电池方法解决,但由于电池中含汞对生产环境有污染,国家尚未允许电池回收企业加工回收电池。寻找合适的无汞缓蚀剂替代有毒的汞缓蚀剂是当今要解决的主要问题,本文对缓蚀剂的作用和发展进行部分讨论。二、汞缓蚀剂由于锌电极有副反应发生,副反应由锌中杂质微电池,某些区域电位低造成形成阳极腐蚀,易析出氢气,加入适当物质是抑制副反应有效方法,汞常用作为缓蚀剂。金属汞是液态金属,在水溶液中其氢的析出电位较高。汞能与锌形成合金溶液———锌汞齐,使电池表面均一化,有效防止了锌的自腐蚀。从机理上看金属锌的析氢电位塔菲尔关系A常数看析氢电位汞为1.54,锌为1.20,由数据可知汞加入后大大提高了析氢电位,抑制氢气产生,从而减缓了锌的腐蚀。汞的加入使电池负极材料接触良好,降低了电池内阻,增强了电池抗震性能。此外,汞的加入使电池抗低温性能得到大大改善。汞作为有毒重金属,在使用中受到限制,电池消耗量在大中城市每月20～30t。高汞电池含汞量在250ppm,如不回收电池将有大量汞进入自然环境。每年因电池随意丢弃造成环境中汞含量升高,对人们生存相当不利,汞的污染很难消除,电池回收虽然使环境污染问题有可能得到解决,但大量散失的电池仍无法回收。在回收技术工艺上,目前还不能做到完全无污染。国家规定,2001年1月1日起,禁止生产高汞电池,2005年禁止生产含汞大于1ppm的含汞电池。所以,使用无汞缓蚀剂是当务之急。三、无汞无机缓蚀剂的研究无机缓蚀剂作用机理与汞类似,主要是寻找能替代汞的金属,提高氢的过电位,从而减少氢气的析出,无机缓蚀剂寻找范围较窄,文献中铅、铟、镉、铋等金属能提高氢的过电位,铝、钙能改变锌的表面活性。无机缓蚀剂一般都是采用氧化物、氢氧化物或金属盐。无机缓蚀剂作用与汞相似,抑制析氢作用,抑制锌枝晶形成使缓蚀剂与锌形成紧密锌层。无机缓蚀剂以金属铟的使用效果最好,铟是第五周期Ⅲ主族元素,是一种光亮质软银白金属,具有良好的耐腐蚀和耐磨性能,有很好的自润滑性能。铟的使用是在电池液中加入In2O3或In(OH)3,加入电池液中的铟被置换,在锌粉表面形成合金层,含量与电池负极材料2‰,反应如下:In(OH)3+OH-=InO2-+2H2O2Zn+2InO2-=2In(Zn)+ZnO22-此外,也可用在集流体上镀铟的方法,用于改善电池性能,酸性条件下金属析氢数据基本适合于碱性条件下析氢规—611—第5卷第4期沈阳教育学院学报Vol.5No.42003年12月JournalofShenyangCollegeofEducationDec.2003繲收稿日期:2003-04-25作者简介:李洪仁(1964-),男,辽宁沈阳人,沈阳大学师范学院自然科学系,副教授。©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.律,酸性条件中析氢反应交换电流密度(A/cm)的对数:汞为-11.9,铟为-10.9,锌为-10.5,铟的加入与汞作用类似,可以提高锌的析氢电位。由于合金形成使锌的活度下降,也使锌的稳定性提高。在锌粉中掺入微量铟、铅、铝、钙等制成无汞锌粉,铟是必加元素,能有效提高氢过电位,缓解锌自溶,镉、铅等元素虽也可以提高析氢电位,但由于其毒性,用量正在减少,有实验证明铅的存在可以掩蔽铁杂质影响,无汞锌粉Zn—In—Bi—Al(In0.01%20.1%Bi0.005%Al0.002～0.004%)的应用已有报道。不仅金属或金属氧化物作为缓蚀剂,非金属无机物质也有缓蚀作用。...
