CN103524375A - 2-辛酮缩对苯二胺及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种席夫碱基表面活性剂2-辛酮缩对苯二胺及其应用。2-辛酮缩对苯二胺的结构式为：
Figure 2013104491597100004DEST_PATH_IMAGE001
；所述2-辛酮缩对苯二胺应用于碱性锌镍电池中作为代汞缓蚀添加剂，用于防止锌电极出现腐蚀、枝晶生长、发生变形、迁移等现象。本发明的2-辛酮缩对苯二胺能有效防止碱性电解液对锌电极的腐蚀作用，且经循环伏安法和锌迁移实验表明，本发明的2-辛酮缩对苯二胺对涂膏式锌电极枝晶生长、变形、迁移具有较好的抑制作用。

Description

2-辛酮缩对苯二胺及其应用
技术领域
本发明属于碱性锌镍电池代汞缓蚀添加剂技术领域，特别涉及一种席夫碱基表面活性剂2-辛酮缩对苯二胺及其在碱性锌镍电池中作为代汞缓蚀添加剂的应用。
背景技术
随着社会的发展，二次碱性锌电池的应用也日益推广，目前各种便携式电器发展迅速，二次碱性锌电池广泛应用于军事、航空、商业等领域。但是锌电极在碱性条件下普遍存在腐蚀、变形、枝晶、迁移等问题，缩短它的寿命。过去经常用汞在锌表面的齐化作用来解决这一系列问题，但是汞是一种有毒有害的物质，给人体的健康和环境的保护带来了巨大的威胁。随着人类环境保护意识的增强和科技突飞猛进的发展，可持续发展和人与自然的和谐发展已经成为当今各国发展的主题，对于二次碱性锌电极用的缓蚀添加剂的要求也越来越高，绿色环保和节约资源是缓蚀添加剂未来的发展方向。前人在解决锌电极腐蚀、变形、枝晶、迁移等问题上已经有了许多研究成果，主要体现在各种代汞缓蚀添加剂的开发研究上。二次锌电极常用缓蚀添加剂种类主要为无机缓蚀添加剂、有机缓蚀添加剂、聚合物类缓蚀添加剂。其中无机缓蚀添加剂主要有金属氧化物，氢氧化物，无机盐类；有机缓蚀添加剂主要有巯基苯并噻唑、苯并三唑、十二烷基苯磺酸钠、四丁基溴化铵等；聚合物类缓蚀添加剂主要包括聚乙烯类。2-辛酮席夫碱基表面活性剂是具有位配位功能的席夫碱基表面活性剂，该结构既含有席夫碱基配位基团、又含有表面活性剂的两亲结构，在电解液或电极中添加少量的2-辛酮席夫碱基表面活性剂，能在电极表面具有几何覆盖效应，能很好的吸附在金属锌表面，形成一层疏水性的吸附膜，从而有效抑制锌电极的自腐蚀。同时表面活性剂在锌电极表面的吸附还可起到改善锌的沉积速度，从而提高电流密度分布均匀性，达到抑制变形及枝晶的目的，并在一定程度上防止锌迁移的发生。
发明内容
本发明的目的是提供一种席夫碱基表面活性剂2-辛酮缩对苯二胺及其应用。
2-辛酮缩对苯二胺的结构式为：
。
 
所述2-辛酮缩对苯二胺应用于碱性锌镍电池中作为代汞缓蚀添加剂，用于防止锌电极出现腐蚀、枝晶生长、发生变形、迁移等现象。
本发明的2-辛酮缩对苯二胺能有效防止碱性电解液对锌电极的腐蚀作用，且经循环伏安法和锌迁移实验表明，本发明的2-辛酮缩对苯二胺对涂膏式锌电极枝晶生长、变形、迁移具有较好的抑制作用。
附图说明
图1为本发明实施例在空白电解液中测试涂膏式锌电极的循环伏安曲线图。
图2为本发明实施例在添加质量百分数为4%的2-辛酮缩对苯二胺电解液中测试涂膏式锌电极的循环伏安曲线图。
具体实施方式
实施例：
(1)2-辛酮缩对苯二胺的结构式：
。
(2)2-辛酮缩对苯二胺的制备方法为：
称取0.216 克对苯二胺（2毫摩尔），于40℃水浴搅拌条件下溶解于10毫升四氢呋喃，再加入2-辛酮 0.64毫升（4 毫摩尔），升高水浴温度至50℃开始反应，反应3小时后，静置冷却至室温，再用旋转蒸发仪在40℃条件下蒸出溶剂四氢呋喃，得红棕色粘稠状液体，50℃烘干得到红棕色固体即为2-辛酮缩对苯二胺。
(3)2-辛酮缩对苯二胺的应用：
①用于防止锌电极出现腐蚀（缓释作用）
a.锌片的制作
大块锌片先后用400CW、1000CW、1200CW、2000CW的砂纸打磨光滑平整，然后剪成1厘米×3厘米的锌片，用丙酮冲洗2次除油，再用蒸馏水冲洗3次，置于50℃的烘箱烘干，然后用聚四氟乙烯封带包住上端1厘米×2厘米，下边露出1厘米×1厘米，用于浸泡电解液进行测试。
b.电解液的配置
在50毫升6摩尔/升的KOH溶液中加入1.5克氧化锌，不断搅拌，使其溶解，即可得到6摩尔/升KOH饱和氧化锌电解液。
c.交流阻抗谱的测试
运用CHI860D电化学工作站分析仪进行测试，采用三电极体系：工作电极为研究电极，即第a步制作的锌片（面积为1 平方厘米）， Hg/HgO作为参比电极，辅助电极为镍片（2厘米×5厘米×1厘米）；空白电解液为第b步配置的50毫升6 摩尔/升 KOH饱和氧化锌电解液；缓蚀添加剂为本实施例制得的2-辛酮缩对苯二胺，将其添加到上述电解液中，添加浓度分别为2%、4%、5%（质量百分数）。
实验时首先将工作电极浸于6摩尔/升KOH饱和氧化锌电解液中，试测开路点位，直到开路点位基本稳定后（小数点后三位不变），开始测试交流阻抗，测试参数为：初始点位设置为开路点位，高频设置为10000 Hz，低频设置为0.01 Hz，灵敏度设为自动调节灵敏度，根据交流阻抗谱拟合出等效电路，进而得到工作电极电荷传递电阻，并按下式计算缓蚀效率：
η = (RP－R0 P )/RP ×100 %
其中RP和R0 P分别是添加有本实施例所制缓蚀添加剂的电解液中锌电极和空白电解液中锌电极的腐蚀反应电荷传递电阻。
表1  不同浓度2-辛酮缩对苯二胺的电化学交流阻抗参数表
Figure 2013104491597100002DEST_PATH_IMAGE004
从表1可以看出，本实施例的2-辛酮缩对苯二胺能有效防止6摩尔/升KOH饱和氧化锌电解液对锌电极的腐蚀作用，当2-辛酮缩对苯二胺在电解液中的质量百分数为5%时，缓蚀率高达92.3%。
②用于防止锌电极枝晶生长、发生变形
a.涂膏式锌电极的制作
Ⅰ.铜网的处理：将铜网先分别用强酸、强碱浸泡冲洗除锈，再用丙酮冲洗除油。
Ⅱ.称取氧化锌0.6克、锌粉0.3克、胶体石墨0.05克于研钵中，研磨5分钟，使其均匀混合，然后滴加5滴无水乙醇使其均匀分散，再滴加1滴60%的PTFE乳液作为粘合剂，研磨均匀后，形成具有粘性的膏状物。 
Ⅲ.以步骤Ⅰ中处理好的铜网作为骨架，将步骤Ⅱ中制得的具有粘性的膏状物均匀涂抹于铜网上并且挤压结实，使铜网完全被均匀的覆盖，然后置于50℃下烘干，即制得涂膏式锌电极。
b.循环伏安曲线的测试
锌电极在碱性条件下容易发生枝晶、变形，最终导致锌电极的损坏，大大降低了它的使用寿命，循环伏安曲线可以反映出锌电极在碱性电解液中充放电过程的稳定性，通常峰电流和峰电位不稳定，表明锌电极有枝晶和变形产生，同时也表明充电和放电过程受到影响，因此，可以利用循环伏安曲线研究缓蚀添加剂是否能够有效的抑制锌电极的枝晶、变形。
本测试在CHI860D电化学工作站分析仪上进行，以本实施例制作的涂膏式锌电极作为工作电极（面积为1厘米×1厘米），以Hg/HgO作为参比电极，辅助电极为镍片（2厘米×5厘米×1厘米），空白电解液为50毫升的6摩尔/升KOH的饱和氧化锌溶液，将2-辛酮缩对苯二胺作为缓蚀添加剂添加至空白电解液中作为实验电解液，添加的量设定为电解液含缓蚀添加剂4%（质量百分数）。
测试前先让电极浸泡在电解液中2分钟，直到开路电位基本稳定后（小数点后三位数不变），才开始测试循环伏安曲线；实验参数设置为：初始电位为开路电位，高电位为0.55 V，低电位为0.25 V，扫描速度为0.01 V/s，扫描段数为200。
分析附图可以得出结论：涂膏式锌电极在6 摩尔/升 KOH饱和氧化锌电解液（空白电解液）中进行循环伏安扫描时，峰电流值会随循环圈数的增大而变大，说明电极在充放电过程中不稳定，锌枝晶和锌变形可能正在发生；相比之下在空白电解液中添加了4%（质量百分数）的2-辛酮缩对苯二胺后，循环伏安曲线峰电流和峰电位随循环圈数的增大基本没有发生变化，表现出较高的稳定性，因此可以判定2-辛酮缩对苯二胺可以抑制锌电极的枝晶生长、发生变形。

Claims (2)

1.一种席夫碱基表面活性剂2-辛酮缩对苯二胺，其特征于2-辛酮缩对苯二胺的结构式为：
Figure 2013104491597100001DEST_PATH_IMAGE001
。
2.根据权利要求1所述的2-辛酮缩对苯二胺的应用，其特征在于所述的2-辛酮缩对苯二胺应用于碱性锌镍电池中作为代汞缓蚀添加剂，用于防止锌电极出现腐蚀、枝晶生长和发生变形。
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