多孔AgO電極的研究

黃瑞霞，張祥功，余 波

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多孔AgO電極的研究

黃瑞霞，張祥功，余 波

（武漢電力推進裝置研究所，武漢430064）

本文研究了在Ag粉中添加適量發孔劑，加壓成型后經加熱分解并化成而得到多孔AgO電極，試驗結果表明添加醋酸銀使AgO電極中形成了很多有效的通孔，提高了電極的孔隙率和比表面積，使活性物質利用率提高了4％～5％，提高了電池性能。

AgO電極 多孔電極 發孔劑

0 引言

Al/AgO電池是現今世界上已使用的最先進的魚雷動力電池，其特點是實際比能量高。一般情況下，質量比能量可達140～180 Wh/kg(包括輔助系統)，約為鋅銀電池的2倍，體積比能量可達250 Wh/L。Al/AgO電池的另一個特點是工作電流密度高，約為鋅銀電池和海水電池的2～3倍。自70年代起，法、美、日等國就已開始了Al/AgO電池的研究，并取得了很大的進展，現已用于法國的“海鱔”號魚雷、意大利的A290魚雷。意大利“黑鯊”魚雷已決定采用Al/AgO電池作動力電源。以這種電池做動力源的電動魚雷，其航速可達50節以上[1]。

國內80年代起也開始了Al/AgO電池的研究，但作為電極活性材料的AgO陰極，存在孔隙率不高、活性物質利用率低等缺點，這大大降低了Al/AgO電池高比能量的優勢。活性物質利用率低造成銀粉量的增加，因此導致極片變厚或孔隙率降低，這將使活性物質的利用率更加低，形成惡性循環，最終導致電池性能的大幅降低，并同時使電池重量增加、成本增加。所以，進一步改進電極及其結構、改進制作工藝獲得高比能、高性能電池成為當務之急。本文采用的多孔電極結構可以明顯提高電極的孔隙率和比表面積，使電池的真實電流密度大大降低，提高活性物質利用率、提高電池性能[2]。

1 試驗

1.1試驗原理

在Ag粉中添加加熱分解型發孔劑，發孔劑不會影響Ag粉之間的粘結，但在加壓成型后可以通過加熱分解并除去，從而留下眾多微孔。混合均勻的混合物可以用高壓壓到所需的厚度和強度，去掉填充物，便可得到可控制的孔隙率[3]。

1.2試驗方法

①按一定比例稱取發孔劑與Ag粉，混合均勻后，均勻鋪在帶有導電骨架的集流體上，在模具中壓制成10 mm×10 mm的極片，把壓制好的極片放在烘箱中，緩慢升溫使發孔劑緩慢分解揮發，待發孔劑分解并揮發完全后，取出極片；

②稱取純Ag粉（和①中極片銀粉量一致）按上述方法制作尺寸大小一樣的極片，做對比極片；

③將所有極片置入堿性溶液中進行化成，化成結束后，清洗、干燥待用。

1.3性能測試

將AgO陰極片和尺寸相當的Al合金陽極片組裝成Al/AgO電池，每組電池包含若干對對電池，在相同的條件下同時進行恒流放電。

試驗裝置：力興恒流放電儀，自配輔助系統

2 發孔劑的選擇

根據要求，發孔劑應不影響Ag粉之間的粘結，但在加壓成型后易于除去，并不帶入新的雜質。根據試驗發現Ag粉的燒結溫度若超過500℃將會使部分Ag粉顆粒微熔而粘結，造成真實孔隙率下降，電池性能降低。所以，應選擇分解溫度在500℃以下的發孔劑。

選用了多種發孔劑，碳酸氨、碳酸氫氨、醋酸氨、醋酸銀等。按10％～20％的添加比例制備樣品電極。注意控制升溫速率，保持溫度在各發孔劑的分解溫度附近使極片緩慢分解。

制備的樣品電極和Al合金陽極片組裝成Al/AgO電池，其放電曲線如圖1所示：

圖1 添加不同發孔劑的極片性能對比

由圖1可明顯看出，參照對比片（即沒有添加發孔劑），添加碳酸氨、碳酸氫氨、醋酸氨的極片性能均下降了，只有添加醋酸銀的極片性能提高了。因此，以下就添加醋酸銀的極片進行具體的試驗和討論。

3 結果與討論

添加醋酸銀制作的AgO電極以下簡稱新正極，用純Ag粉制作的AgO電極以下簡稱普通正極。

3.1新正極和普通正極在堿性電解液條件下的放電性能對比

新正極和普通正極在堿性電解液條件下的2對電池放電電壓曲線如圖2所示。

圖2 普通正極和新正極在堿性電解液下的放電曲線對比

由圖2可看出，在堿性電解液條件下，添加醋酸銀的AgO陰極放電電壓較為平穩，其中后期放電電壓比普通的AgO陰極要高，電壓衰減較慢。

取1.65 V為終止電壓，新正極利用率比普通正極利用率提高了4.7％。

3.2新正極和普通正極在3.5M NaAlO2堿性電解液條件下的放電性能對比

新正極和普通正極在3.5 M NaAlO2堿性電解液條件下的2對電池放電電壓曲線如圖3所示。

圖3 普通正極和新正極在3.5 M NaAlO2堿性電解液下的放電曲線對比

由圖3可看出，在3.5 M NaAlO2堿性電解液條件下，添加醋酸銀的AgO陰極放電電壓較為平穩，其中后期放電電壓比普通的AgO陰極要高，電壓衰減較慢。取1.65 V為終止電壓，新正極利用率比普通正極利用率提高了5.2％。

3.3醋酸銀的添加比例

控制醋酸銀和銀粉的重量比依次為1:2、1:3、1:4、1:5，前兩者和后兩者分別組成兩組2對電池在堿性電解液條件下進行放電，電池放電電壓曲線如圖4所示。

由圖3可知，醋酸銀添加比例1：3和1：4的電池放電電壓較平穩，電壓衰減速度相對較慢，活性物質利用率較高，兩者水平相當；1：2和1：5的放電電壓衰減相對較快，活性物質利用率較低。因此，醋酸銀和Ag粉的最佳比例在1：4和1：3之間。

圖4 不同添加比例的電極放電性能對比

4 結論

1）在Ag粉中添加碳酸氨、碳酸氫氨、醋酸氨發孔劑后，經加熱分解并化成而得到的 AgO陰極性能下降；

2）在Ag粉中添加適量醋酸銀發孔劑，經加熱分解并化成而得到的AgO陰極中形成了很多有效的通孔，提高了電極的孔隙率和比表面積，使活性物質利用率提高了5％左右，提高了電池性能；

3）醋酸銀和Ag粉的最佳比例在1：4和1：3之間。

[1] 奚碚華, 夏天. 魚雷動力電池研究進展. 魚雷技術, 2005, 13（2）.

[2] 郭炳焜, 李新海, 楊松青.化學電源, 中南大學出版社, 2003.

[3] 劉榮佩, 吳新光, 田鵬. 直接冷壓法制備多孔電極極板材料研究. 昆明理工大學學報, 2002, 27（6）.

Study on Porous Silver Oxide Electrode

Huang Ruixia, Zhang Xianggong, Yu Bo

(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064 ,China)

TM912

A

1003-4862（2017）04-0020-03

2016-11-10

黃瑞霞（1975-），女，高工。專業方向：化學電源。E-mail: 1291535245@qq.com