多孔AgO电极的研究

黄瑞霞，张祥功，余 波



多孔AgO电极的研究

黄瑞霞，张祥功，余 波

（武汉电力推进装置研究所，武汉430064）

本文研究了在Ag粉中添加适量发孔剂，加压成型后经加热分解并化成而得到多孔AgO电极，试验结果表明添加醋酸银使AgO电极中形成了很多有效的通孔，提高了电极的孔隙率和比表面积，使活性物质利用率提高了4％～5％，提高了电池性能。

AgO电极 多孔电极 发孔剂

0 引言

Al/AgO电池是现今世界上已使用的最先进的鱼雷动力电池，其特点是实际比能量高。一般情况下，质量比能量可达140～180 Wh/kg(包括辅助系统)，约为锌银电池的2倍，体积比能量可达250 Wh/L。Al/AgO电池的另一个特点是工作电流密度高，约为锌银电池和海水电池的2～3倍。自70年代起，法、美、日等国就已开始了Al/AgO电池的研究，并取得了很大的进展，现已用于法国的“海鳝”号鱼雷、意大利的A290鱼雷。意大利“黑鲨”鱼雷已决定采用Al/AgO电池作动力电源。以这种电池做动力源的电动鱼雷，其航速可达50节以上[1]。

国内80年代起也开始了Al/AgO电池的研究，但作为电极活性材料的AgO阴极，存在孔隙率不高、活性物质利用率低等缺点，这大大降低了Al/AgO电池高比能量的优势。活性物质利用率低造成银粉量的增加，因此导致极片变厚或孔隙率降低，这将使活性物质的利用率更加低，形成恶性循环，最终导致电池性能的大幅降低，并同时使电池重量增加、成本增加。所以，进一步改进电极及其结构、改进制作工艺获得高比能、高性能电池成为当务之急。本文采用的多孔电极结构可以明显提高电极的孔隙率和比表面积，使电池的真实电流密度大大降低，提高活性物质利用率、提高电池性能[2]。

1 试验

1.1试验原理

在Ag粉中添加加热分解型发孔剂，发孔剂不会影响Ag粉之间的粘结，但在加压成型后可以通过加热分解并除去，从而留下众多微孔。混合均匀的混合物可以用高压压到所需的厚度和强度，去掉填充物，便可得到可控制的孔隙率[3]。

1.2试验方法

①按一定比例称取发孔剂与Ag粉，混合均匀后，均匀铺在带有导电骨架的集流体上，在模具中压制成10 mm×10 mm的极片，把压制好的极片放在烘箱中，缓慢升温使发孔剂缓慢分解挥发，待发孔剂分解并挥发完全后，取出极片；

②称取纯Ag粉（和①中极片银粉量一致）按上述方法制作尺寸大小一样的极片，做对比极片；

③将所有极片置入碱性溶液中进行化成，化成结束后，清洗、干燥待用。

1.3性能测试

将AgO阴极片和尺寸相当的Al合金阳极片组装成Al/AgO电池，每组电池包含若干对对电池，在相同的条件下同时进行恒流放电。

试验装置：力兴恒流放电仪，自配辅助系统

2 发孔剂的选择

根据要求，发孔剂应不影响Ag粉之间的粘结，但在加压成型后易于除去，并不带入新的杂质。根据试验发现Ag粉的烧结温度若超过500℃将会使部分Ag粉颗粒微熔而粘结，造成真实孔隙率下降，电池性能降低。所以，应选择分解温度在500℃以下的发孔剂。

选用了多种发孔剂，碳酸氨、碳酸氢氨、醋酸氨、醋酸银等。按10％～20％的添加比例制备样品电极。注意控制升温速率，保持温度在各发孔剂的分解温度附近使极片缓慢分解。

制备的样品电极和Al合金阳极片组装成Al/AgO电池，其放电曲线如图1所示：

图1 添加不同发孔剂的极片性能对比

由图1可明显看出，参照对比片（即没有添加发孔剂），添加碳酸氨、碳酸氢氨、醋酸氨的极片性能均下降了，只有添加醋酸银的极片性能提高了。因此，以下就添加醋酸银的极片进行具体的试验和讨论。

3 结果与讨论

添加醋酸银制作的AgO电极以下简称新正极，用纯Ag粉制作的AgO电极以下简称普通正极。

3.1新正极和普通正极在碱性电解液条件下的放电性能对比

新正极和普通正极在碱性电解液条件下的2对电池放电电压曲线如图2所示。

图2 普通正极和新正极在碱性电解液下的放电曲线对比

由图2可看出，在碱性电解液条件下，添加醋酸银的AgO阴极放电电压较为平稳，其中后期放电电压比普通的AgO阴极要高，电压衰减较慢。

取1.65 V为终止电压，新正极利用率比普通正极利用率提高了4.7％。

3.2新正极和普通正极在3.5M NaAlO2碱性电解液条件下的放电性能对比

新正极和普通正极在3.5 M NaAlO2碱性电解液条件下的2对电池放电电压曲线如图3所示。

图3 普通正极和新正极在3.5 M NaAlO2碱性电解液下的放电曲线对比

由图3可看出，在3.5 M NaAlO2碱性电解液条件下，添加醋酸银的AgO阴极放电电压较为平稳，其中后期放电电压比普通的AgO阴极要高，电压衰减较慢。取1.65 V为终止电压，新正极利用率比普通正极利用率提高了5.2％。

3.3醋酸银的添加比例

控制醋酸银和银粉的重量比依次为1:2、1:3、1:4、1:5，前两者和后两者分别组成两组2对电池在碱性电解液条件下进行放电，电池放电电压曲线如图4所示。

由图3可知，醋酸银添加比例1：3和1：4的电池放电电压较平稳，电压衰减速度相对较慢，活性物质利用率较高，两者水平相当；1：2和1：5的放电电压衰减相对较快，活性物质利用率较低。因此，醋酸银和Ag粉的最佳比例在1：4和1：3之间。

图4 不同添加比例的电极放电性能对比

4 结论

1）在Ag粉中添加碳酸氨、碳酸氢氨、醋酸氨发孔剂后，经加热分解并化成而得到的 AgO阴极性能下降；

2）在Ag粉中添加适量醋酸银发孔剂，经加热分解并化成而得到的AgO阴极中形成了很多有效的通孔，提高了电极的孔隙率和比表面积，使活性物质利用率提高了5％左右，提高了电池性能；

3）醋酸银和Ag粉的最佳比例在1：4和1：3之间。

[1] 奚碚华, 夏天. 鱼雷动力电池研究进展. 鱼雷技术, 2005, 13（2）.

[2] 郭炳焜, 李新海, 杨松青.化学电源, 中南大学出版社, 2003.

[3] 刘荣佩, 吴新光, 田鹏. 直接冷压法制备多孔电极极板材料研究. 昆明理工大学学报, 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

黄瑞霞（1975-），女，高工。专业方向：化学电源。E-mail: 1291535245@qq.com