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第 5 卷 　第 4 期 电化学 Vol. 5 　No. 4 1999 年 11 月 EL ECTROCHEMISTR Y Nov. 1999 一种适于高速充电的新型化学电源电极的研究① 尤金跨　涂　悫　王征建　孙　杰　林祖赓 (厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室 　物理化学研究所 , 厦门大学化学电源研究中心 , 厦门 　361005) 本文提出一种适于高速充电的新型化学电源电极 ,该电极体系在充电时 ,反应界面能 摘要 　 迅速推移 ,使活性物质能迅速沉积在三维载体电极上 ,特别适用于强电流高速充电. 充电时活性物 质以固态沉积在电极表面 ,而放电时活性物质又溶解为液态. 电极体系在充放电循环过程中活性 ( ) ( ) 物质是以固 态 - 液 态 循环形式进行循环 ,因而可以保持新鲜的电极表面 ,防止固体电极表面活 性物质的相变、钝化、脱落、变形等弊端 ,有利于延长电极的寿命. 该电极体系可望在大电流快速充 电的动力电源上获得应用. 关键词 　化学电源电极 ,快速充电电极 ,反应界面推移 随着世界能源日益短缺 ,环境污染日益严重 ,唤起人们对电动车辆的关注和开发[1～8 ] ,而 电动车辆的开发关键是化学电源. 迄今为止 , 电动车辆使用的化学电源存在的充电时间长、使 用寿命短等问题 ,从而严重制约了电动车的推广应用. 本文提出一种新型化学电源电极- 反应界面推 ( ) 移型电极 以下简称为界面推移型电极 ,它具 有快 速、强电流充电、长的充放电循环寿命等特点 ,适用 于快速充电的动力电源. 1 　反应界面推移型电极工作原理 反应界面推移型化学电源电极体系是由一组载 体电极 、对电极、隔膜及电解液组成如图 1 所示. 该电极体系的特点是 :1. 载体电极是采用多孔 金属电极材料 , 电极内部孔隙率约占 80 %～90 % , 可储存大量的电解液 , 电极骨架仅占少量的空间,它 只起导电和活性物质沉积的作用. 为了提高充电效 率 , 电极宜采用较高氢过电位的材料. 2. 电池的放 　图 1 　反应界面推移型电极结构示意图 电容量取决于电解液中活性物质溶解度的大小. 因 　Fig. 1 　Schematic diagram of reaction- region moving electrode system 此 ,必须选择溶解度高的活性物质为电解质溶液或 ① 本文收到 ; 　国家自然科学基金资助项目 　通讯联系人 第 4 期 　　　　　　　尤金跨等 :一种适于高速充电的新型化学电源电极的研究 4·19 · 添加络合剂以提高电解液活性物质的饱和溶解度. 以锌酸盐溶液体系为例,充电时 ,溶液中的锌酸盐被还原 而沉积于多孔发泡金属载体电极上 ;放电时 ,载体电极上沉积 的锌被氧化为锌酸盐而再度回到溶液中. 整个电极充放电循环 表现为一种固- 液循环. 其反应式 : 　Zn (OH) 4 2 - + 2e Zn + 4OH - 锌的沉积先由靠正极的一侧开始 , 随着充电时间的推移 , 锌向远离正极的方向迅速沉积 ,实现反应界面的推移 ,使活性 物质能迅速沉积在三维载体电极上. 放电时 ,锌朝着相反方向 推移溶解为锌酸盐溶液 , 电极体系在充放电循环过程中活性物 ( ) ( ) 质是以固 态 —液 态 循环形式进行循环 ,因而可以保持新鲜 的电极表面 ,避免了传统的化学电源电极在充放电过程中以固 ( ) ( ) 态 —固 态 循环模式 ,防止电极表面的钝化 ,有利于延长电