CN109088048B - 一种改性碳锌电池电极的制备方法 - Google Patents

一种改性碳锌电池电极的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种改性碳锌电池电极的制备方法，以石墨棒作为电极采用电弧法制备添加剂的阴阳极，将2根石墨棒的阴阳极相对放置在液氮、液氩或水的反应媒介中，通入高压电流进行直流电弧放电后制得添加剂碳纳米角或碳洋葱，然后在氮气、氨气中的任一种或二者混合气体的气氛下施加300V‑500V的电压反应一端时间得到改性添加剂，将改性添加剂与二氧化锰混合添加到碳锌电池的电解质中的正极铅膏和负极铅膏中；发明具有导电性能好、工作效率高、使用寿命长、容量大的优点。

Description

一种改性碳锌电池电极的制备方法
技术领域
本发明属于电池电极制备技术领域，具体涉及一种改性碳锌电池电极的制备方法。
背景技术
碳锌电池，即干电池，是一种伏打电池，是一种以糊状电解液来产生直流电的化学电池。目前常用的碳锌电池大都是锰锌电池，中间是正极碳棒，外包石墨和二氧化锰混合物，再外是一层纤维网，网上涂布很厚的电解质糊，其构成是氯化铵溶液和淀粉，另有少量防腐剂，最外层是金属锌皮做的筒作为负极；电池放电就是氯化铵与锌的电解反应，释放出的电荷由石墨传导给正极碳棒，锌的电解反应是会释放氢气的，这气体是会增加电池内阻的，而和石墨相混的二氧化锰就是用来吸收氢气的；但若电池连续工作或是用的太久，二氧化锰就来不及或已近饱和没能力再吸收了，此时电池就会因内阻太大而输出电流太小而失去作用。目前常用的碳锌电池具有导电性能差、工作效率低、使用寿命短的缺点。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种具有导电性能好、工作效率高、使用寿命长、容量大的改性碳锌电池电极的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种改性碳锌电池电极的制备方法，以改性碳洋葱、改性碳纳米角中的任一种或两者的混合物作为改性添加剂添与二氧化锰混合添加到电解质溶液中。
进一步，所述的改性碳锌电池电极的制备方法的具体做法为：
步骤1、将NH4CL、ZnCL2与淀粉糊状物充分搅拌混合形成糊状电解质；
步骤2、向步骤1制得的糊状电解质中添加炭黑或石墨以及二氧化锰与一定质量百分比的前述改性添加剂的混合物在真空环境下高速搅拌1-2h。
进一步，所述步骤2中糊状电解质中添加的改性添加剂为糊状电解质质量的0.5%-100%。
进一步，所述二氧化锰与改性添加剂的添加比例为2:1。
进一步，所述改性添加剂的粒径尺寸为20nm-120nm。
进一步，所述改性添加剂的具体制备过程为：
S61、以石墨棒作为电极采用电弧法制备添加剂，将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反应媒介中，通入1.5千安的高压电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为添加剂；
S62、将步骤S61制得添加剂放入石英管的恒温区通入气氛后加热至400℃-1500℃，然后施加300V-500V的电压反应1h-48h得到改性添加剂。
进一步，所述步骤S61中反应媒介为液氮、液氩或水中的任一种；
优选的，所述步骤S61中反应媒介为液氮或液氩时，石墨棒的阳极产物为碳纳米角；
优选的，所述步骤S61中反应媒介为水时，石墨棒的阳极产物为碳洋葱。
进一步，所述步骤S62中的气氛为氮气、氨气中的任一种或二者的混合气体。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明将改性添加剂按一定比例与二氧化锰混合加入电解质中，增强石墨或炭黑吸附电荷的性能，并促进二氧化锰对氨气的吸收，从而提升碳锌电池的导电性能，进而有效提高碳锌电池的工作效率；
2、本发明在电解质中引入碳纳米角或碳洋葱作为添加剂，增强碳锌电池在大电流条件下的使用性能，进而延长碳锌电池的使用寿命，同时提高碳锌电池的容量；
3、本发明中的添加剂以石墨棒作为电极采用电弧法制备作为制作碳锌电池电解质的添加剂，并通过渗氮处理对添加剂引入碳氮键，从而提高添加剂的活性，进而使得改性后的添加剂对电极等导电性和耐用性给予提高；
总之，本发明具有导电性能好、工作效率高、使用寿命长、容量大的优点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种改性碳锌电池电极的制备方法，以改性碳洋葱、改性碳纳米角中的任一种或两者的混合物作为改性添加剂添与二氧化锰混合添加到电解质溶液中。
进一步，所述的改性碳锌电池电极的制备方法的具体做法为：
步骤1、将NH4CL、ZnCL2与淀粉糊状物充分搅拌混合形成糊状电解质；
步骤2、向步骤1制得的糊状电解质中添加炭黑或石墨以及二氧化锰与一定质量百分比的前述改性添加剂的混合物在真空环境下高速搅拌1h。
进一步，所述步骤2中糊状电解质中添加的改性添加剂为糊状电解质质量的0.5%。
进一步，所述二氧化锰与改性添加剂的添加比例为2:1。
进一步，所述改性添加剂的粒径尺寸为20nm。
进一步，所述改性添加剂的具体制备过程为：
S61、以石墨棒作为电极采用电弧法制备添加剂，将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反应媒介中，通入1.5千安的高压电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为添加剂；
S62、将步骤S61制得添加剂放入石英管的恒温区通入气氛后加热至1500℃，然后施加500V的电压反应1h得到改性添加剂。
进一步，所述步骤S61中反应媒介为液氮、液氩或水中的任一种；
优选的，所述步骤S61中反应媒介为液氮或液氩时，石墨棒的阳极产物为碳纳米角；
优选的，所述步骤S61中反应媒介为水时，石墨棒的阳极产物为碳洋葱。
进一步，所述步骤S62中的气氛为氮气、氨气中的任一种或二者的混合气体。
实施例2
一种改性碳锌电池电极的制备方法，以改性碳洋葱、改性碳纳米角中的任一种或两者的混合物作为改性添加剂添与二氧化锰混合添加到电解质溶液中。
进一步，所述的改性碳锌电池电极的制备方法的具体做法为：
步骤1、将NH4CL、ZnCL2与淀粉糊状物充分搅拌混合形成糊状电解质；
步骤2、向步骤1制得的糊状电解质中添加炭黑或石墨以及二氧化锰与一定质量百分比的前述改性添加剂的混合物在真空环境下高速搅拌2h。
进一步，所述步骤2中糊状电解质中添加的改性添加剂为糊状电解质质量的100%。
进一步，所述二氧化锰与改性添加剂的添加比例为2:1。
进一步，所述改性添加剂的粒径尺寸为120nm。
进一步，所述改性添加剂的具体制备过程为：
S61、以石墨棒作为电极采用电弧法制备添加剂，将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反应媒介中，通入1.5千安的高压电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为添加剂；
S62、将步骤S61制得添加剂放入石英管的恒温区通入气氛后加热至400℃，然后施加500V的电压反应48h得到改性添加剂。
进一步，所述步骤S61中反应媒介为液氮、液氩或水中的任一种；
优选的，所述步骤S61中反应媒介为液氮或液氩时，石墨棒的阳极产物为碳纳米角；
优选的，所述步骤S61中反应媒介为水时，石墨棒的阳极产物为碳洋葱。
进一步，所述步骤S62中的气氛为氮气、氨气中的任一种或二者的混合气体。
实施例3
一种改性碳锌电池电极的制备方法，以改性碳洋葱、改性碳纳米角中的任一种或两者的混合物作为改性添加剂添与二氧化锰混合添加到电解质溶液中。
进一步，所述的改性碳锌电池电极的制备方法的具体做法为：
步骤1、将NH4CL、ZnCL2与淀粉糊状物充分搅拌混合形成糊状电解质；
步骤2、向步骤1制得的糊状电解质中添加炭黑或石墨以及二氧化锰与一定质量百分比的前述改性添加剂的混合物在真空环境下高速搅拌1-2h。
进一步，所述步骤2中糊状电解质中添加的改性添加剂为糊状电解质质量的50%。
进一步，所述二氧化锰与改性添加剂的添加比例为2:1。
进一步，所述改性添加剂的粒径尺寸为60nm。
进一步，所述改性添加剂的具体制备过程为：
S61、以石墨棒作为电极采用电弧法制备添加剂，将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反应媒介中，通入1.5千安的高压电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为添加剂；
S62、将步骤S61制得添加剂放入石英管的恒温区通入气氛后加热至1000℃，然后施加400V的电压反应24h得到改性添加剂。
进一步，所述步骤S61中反应媒介为液氮、液氩或水中的任一种；
优选的，所述步骤S61中反应媒介为液氮或液氩时，石墨棒的阳极产物为碳纳米角；
优选的，所述步骤S61中反应媒介为水时，石墨棒的阳极产物为碳洋葱。
进一步，所述步骤S62中的气氛为氮气、氨气中的任一种或二者的混合气体。
实施例4
一种改性碳锌电池电极的制备方法，以改性碳洋葱、改性碳纳米角中的任一种或两者的混合物作为改性添加剂添与二氧化锰混合添加到电解质溶液中。
进一步，所述的改性碳锌电池电极的制备方法的具体做法为：
步骤1、将NH4CL、ZnCL2与淀粉糊状物充分搅拌混合形成糊状电解质；
步骤2、向步骤1制得的糊状电解质中添加炭黑或石墨以及二氧化锰与一定质量百分比的前述改性添加剂的混合物在真空环境下高速搅拌1.5h。
进一步，所述步骤2中糊状电解质中添加的改性添加剂为糊状电解质质量的60%。
进一步，所述二氧化锰与改性添加剂的添加比例为2:1。
进一步，所述改性添加剂的粒径尺寸为1100nm。
进一步，所述改性添加剂的具体制备过程为：
S61、以石墨棒作为电极采用电弧法制备添加剂，将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反应媒介中，通入1.5千安的高压电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为添加剂；
S62、将步骤S61制得添加剂放入石英管的恒温区通入气氛后加热至800℃，然后施加450V的电压反应20h得到改性添加剂。
进一步，所述步骤S61中反应媒介为液氮、液氩或水中的任一种；
优选的，所述步骤S61中反应媒介为液氮或液氩时，石墨棒的阳极产物为碳纳米角；
优选的，所述步骤S61中反应媒介为水时，石墨棒的阳极产物为碳洋葱。
进一步，所述步骤S62中的气氛为氮气、氨气中的任一种或二者的混合气体。
实施例5
一种改性碳锌电池电极的制备方法，以改性碳洋葱、改性碳纳米角中的任一种或两者的混合物作为改性添加剂添与二氧化锰混合添加到电解质溶液中。
进一步，所述的改性碳锌电池电极的制备方法的具体做法为：
步骤1、将NH4CL、ZnCL2与淀粉糊状物充分搅拌混合形成糊状电解质；
步骤2、向步骤1制得的糊状电解质中添加炭黑或石墨以及二氧化锰与一定质量百分比的前述改性添加剂的混合物在真空环境下高速搅拌2h。
进一步，所述步骤2中糊状电解质中添加的改性添加剂为糊状电解质质量的90%。
进一步，所述二氧化锰与改性添加剂的添加比例为2:1。
进一步，所述改性添加剂的粒径尺寸为30nm。
进一步，所述改性添加剂的具体制备过程为：
S61、以石墨棒作为电极采用电弧法制备添加剂，将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反应媒介中，通入1.5千安的高压电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为添加剂；
S62、将步骤S61制得添加剂放入石英管的恒温区通入气氛后加热至800℃，然后施加350V的电压反应30h得到改性添加剂。
进一步，所述步骤S61中反应媒介为液氮、液氩或水中的任一种；
优选的，所述步骤S61中反应媒介为液氮或液氩时，石墨棒的阳极产物为碳纳米角；
优选的，所述步骤S61中反应媒介为水时，石墨棒的阳极产物为碳洋葱。
进一步，所述步骤S62中的气氛为氮气、氨气中的任一种或二者的混合气体。
本发明按由NH4CL、ZnCL2与淀粉糊状物组成的电解质的质量百分比加入粒径在20nm-120nm的改性碳纳米角或改性碳洋葱作为改性添加剂，增强石墨或炭黑吸附电荷的性能，并且促进二氧化锰对氨气的吸收，从而提升碳锌电池的导电性能，进而提高碳锌电池的工作效率；并且改性碳纳米角和改性碳洋葱增强碳锌电池在大电流条件下的使用性能，同时提高碳锌电池的容量。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种改性碳锌电池电极的制备方法，其特征在于，以改性碳洋葱、改性碳纳米角中的任一种或两者的混合物作为改性添加剂与二氧化锰混合添加到电解质溶液中；
所述改性碳锌电池电极的具体做法为：
步骤1、将NH4CL、ZnCL2与淀粉糊状物充分搅拌混合形成糊状电解质；
步骤2、向步骤1制得的糊状电解质中添加炭黑或石墨以及二氧化锰与一定质量百分比的前述改性添加剂的混合物在真空环境下高速搅拌1-2h，所述糊状电解质中添加的改性添加剂为糊状电解质质量的0.5%-100%，所述二氧化锰与改性添加剂的添加比例为2:1；
所述改性添加剂的具体制备过程为：
S61、以石墨棒作为电极采用电弧法制备添加剂，将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反应媒介中，通入1.5千安的高压电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为添加剂；
S62、将步骤S61制得添加剂放入石英管的恒温区通入气氛后加热至400℃-1500℃，然后施加300V-500V的电压反应1h-48h得到改性添加剂；
S61中反应媒介为液氮、液氩或水中的任一种；
S62中的气氛为氮气、氨气中的任一种或二者的混合气体。
2.如权利要求1所述的改性碳锌电池电极的制备方法，其特征在于：所述改性添加剂的粒径尺寸为20nm-120nm。
3.如权利要求1所述的改性碳锌电池电极的制备方法，其特征在于：
S61中反应媒介为液氮或液氩时，石墨棒的阳极产物为碳纳米角；
S61中反应媒介为水时，石墨棒的阳极产物为碳洋葱。
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