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1、锌-空气电池的制备及性能检测,设计型电化学实验,一、实验目的,1. 掌握空气电极的制备方法； 2. 设计制备出性能优良的空气电极； 3. 应用DC5电池充放电系统检测所设计电池的性能。,二、实验原理,锌空气电池是一种金属空气电池，以电极电位较负的金属锌作负极，空气中的氧或纯氧作正极活性物质，中性或者碱性的电解质水溶液作为电解液。 碱性锌-空气电池可以表达为：（）Zn|KOH|O2(空气)（+）该类型电池的反应原理为： 阳极（锌负极）反应：Zn 2e = Zn2+ 阴极（空气电极）反应：1/2O2 + H2O + 2e = 2OH-总的电池反应：Zn + 1/2O2 = ZnO,氧在空气电极中进
2、行还原时，首先要通过溶解进入电解液，在液相中扩散到电极表面后进行化学吸附，最后再进行电化学的还原反应。这个过程可以简要地表示为：O2 O2溶 O2扩 O2吸 OH 实验中空气电极采用的是疏水透气结构。 该电极由防水透气层和多孔催化层加集流导电网组成。,溶解,扩散,化学吸附,电化学还原,电池在设计时应遵循以下原则,1、电流密度分布均匀 2、合适的工作电极面积 3、合适的电解液体积 4、电池结构简单，操作方便,电子天平,用电子天平精确称量配比一定的二氧化锰、活性炭、胶体石墨,1、催化层的制备：,三、实验步骤,将称量好的混合物放入烧杯中，加无水乙醇进行分散，在60水浴中加热，边搅拌边添加PTFE乳液
3、，加热至混合物成稀面团状。,恒温水域锅,对辊机,取出稀面团，在对辊机上反复对辊10次左右，使PTFE逐渐纤维化直至成为柔软而有韧性的薄膜。,2、防水层的制备： 将配比一定的聚四氟乙烯（PTFE）和无水硫酸钠混合，制备工艺与催化层的制备类似，制得防水层。将制得的防水层放入蒸馏水中，在70 时反复清洗三次，以除去无水硫酸钠。,空气电极成型过程图,3、将制备好的催化层切下放在镍网上，另一侧放防水层，外边包上滤纸（防止催化层或防水膜粘在压片机上），在一定压力下冷压，即制成空气电极。其形状、排列方式及成型过程如图所示。,压片机,简易的锌空 气电池模型,将制备出的空气电极和锌片及KOH电解液组成锌空气电池,将制备出的锌空气电池，进行放电实验DC5电池充放电系统,四、数据分析及讨论,根据电池放电电流密度和电池欧姆电阻的大小，分析制备出性能良好的催化层和防水层的工艺条件。（主要考虑物料的配比，电极的大小，电极成型的压力和电极厚度）,
