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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:李裕安
論文名稱:高效率鋅空氣電池研製
論文名稱(外文):Study on Manufacturing High-Performance Zinc-Air Cells
指導教授:戴念華戴念華引用關係陳瑞凱
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:材料科學工程學系
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
中文關鍵詞:一次鋅空氣電池循環伏特安培法線性掃瞄法鋅陽極空氣陰極定電流放電法添加劑
外文關鍵詞:primary zinc-air cellcyclic voltammetrylinear sweep voltammetryzinc anodeair cathodeadditive
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為了研發出優良的鋅陽極與空氣陰極,使鋅空氣電池有更好的表現,本研究將自製小型鋅空氣一次電池,使用CV、LSV與放電量測等三種電化學分析技術,分別針對鋅陽極於增加電容量、配方比例與添加劑方面,空氣陰極在改變不同材料以降低極化現象、減少內電阻、加速催化反應方面作一系列的研究。經實驗量測後鋅空氣電池放電深度可達85%,這是因電極有良好的潤濕度,增加反應面積,使放電深度增加。但也由於電極表面強度不足遭破壞的緣故,故只適用於一次電池或機械式充電鋅空氣電池。若在鋅陽極內加入適當的添加劑,如6% Bi2O3或2% In2O3,則因還原成Bi與In金屬,可提高氫氣過電壓、增長電極壽命,以及增加電極導電度,經放電測試有電壓增高0.05-0.1伏特、放電深度增加到90%的表現。在改變空氣陰極材料方面,催化劑反應速率提升,工作電壓因所使用材料擁有良好的導電性,提升了0.1伏特以上。然而所使用的材料價格過於昂貴,例如Co TMPP與銀膏,較不符合實際應用,故發展成本低廉、表現良好的材料是當務之急。綜合上述,本研究製成的鋅空氣電池電容量可達1.4-1.5安培小時,最大瞬間電流可達1安培。

摘要----------------------------------------------------------Ⅰ
目錄----------------------------------------------------------Ⅱ
圖目錄--------------------------------------------------------Ⅴ
表目錄--------------------------------------------------------Ⅹ
1.前言---------------------------------------------------------1
2.文獻回顧-----------------------------------------------------4
2.1.金屬空氣電池簡介-------------------------------------------4
2.1.1.一般特徵-------------------------------------------------4
2.1.2.化學-----------------------------------------------------4
2.1.3.影響電池特性的因素---------------------------------------7
2.2.鋅陽極組成-------------------------------------------------9
2.2.1.電極結構-多孔性電極--------------------------------------9
2.2.2.反應機制------------------------------------------------11
2.3.空氣陰極組成----------------------------------------------13
2.3.1.電極結構------------------------------------------------13
2.3.2.反應機制------------------------------------------------21
2.4.極化現象--------------------------------------------------24
3.實驗--------------------------------------------------------34
3.1.實驗藥品--------------------------------------------------34
3.2.實驗設備及儀器--------------------------------------------36
3.3.實驗流程--------------------------------------------------37
3.4.電極製作--------------------------------------------------37
3.4.1.鋅陽極一次電極------------------------------------------37
3.4.2.空氣陰極------------------------------------------------37
3.4.3.電池製作------------------------------------------------37
3.5.鋅陽極----------------------------------------------------42
3.5.1.鋅粉顆粒特性--------------------------------------------42
3.5.2.PTFE含量探討--------------------------------------------42
3.5.3.添加劑自放電測試----------------------------------------42
3.5.4.添加劑CV量測--------------------------------------------43
3.5.5.添加劑放電量測------------------------------------------47
3.6.空氣陰極--------------------------------------------------47
3.6.1.材料特性研究--------------------------------------------47
3.6.2.陰極放電前後觀察----------------------------------------48
4.結果與討論--------------------------------------------------52
4.1.鋅陽極部分------------------------------------------------52
4.1.1.鋅粉顆粒特性--------------------------------------------52
4.1.2.PTFE含量探討--------------------------------------------60
4.1.3.添加劑自放電測試----------------------------------------62
4.1.4.添加劑CV量測--------------------------------------------67
4.1.5.添加劑放電量測------------------------------------------72
4.2.空氣陰極部分----------------------------------------------73
4.2.1.材料特性研究--------------------------------------------73
4.2.2.陰極放電前後觀察----------------------------------------86
5.結論--------------------------------------------------------91
6.參考文獻----------------------------------------------------93

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