锌电极放电过程及失效机制数值分析

锌-空气电池是一种高能量的电池体系.实验表明, 在大功率工作条件下, 锌电极的材料利用率随电流密度的增加而急剧下降. 为探索其在大功率工作条件下的放电机理, 本文针对这一过程建立了一维数学模型, 通过数值求解模拟多个物理量如离子浓度、传递电流密度、电极孔隙度、固体氧化锌等在电极内部的分布变化情况, 在此基础上分析电极的性能. 数值结果分析表明, 固体氧化锌对电极内质量传输过程的限制是导致电极失效的根本原因. 其析出时间及在电极内部的集中分布位置对电极性能有显著影响; 而仅当其体积分数超过30%-35%的范围后才开始显著限制传质过程. 讨论了电极的优化措施, 模拟表明更高的溶液电导率,更大的电极孔隙度有利于增加大功率工作条件下电极的材料利用率. 但最重要的是保持电极内部氢氧根离子的浓度在一个较高的值,对于封闭式电极可以通过补液实现, 理想情况为设计一个电解液循环式的锌电极.     

多孔电极三相界面形态的研究

研究了多孔气体电极在电池反应中形成的三相界面的形态及其变化规律。传统的电极多采用部分浸没的使用方式，不利于观察。笔者通过改变传统的电极安装方式，将电极在纵向的距离加大，可以任意调节电极纵向高度，有利于观察三相界面的形成形态。通过锌空气电池实验，总结了三相界面形态的形成以及随着反应时间的变化规律，并对三相界面形态的变化使电极内电解液的电导发生变化进而影响电池内电阻进行了理论分析，通过对比实验给出多孔电极润湿性和孔隙结构对三相界面形态的影响。     

Analysis of characteristics of pressure curve in gas-condensate wells

This paper utilizes a flow equation with a sink item that describes the characteristics of pressure-time chart when the pressure is higher than the maximum condensate pressure.We have established a sink item to show the influence of accumulation of condensate liquid according to Duhamet Principle of Superposition,and introduced two coefficients for it:condensing strength R_D and condensing relaxation timeλ_D.This paper gives the principle and the quantitative expression of the well pressure influenced by condensate function in the flow equation.An analytical solution for an infinite system is obtained(constant rate).These results can be used to analyse the unsteady flow test of constant production.     

锌空电池气体扩散电极浸液量对放电性能的影响

锌空电池气体扩散电极在存放和放电过程中,电解液会在毛细力的作用下不断浸入电极。电解液在气体扩散电极中的浸入量与分布情况决定了气体扩散电极中的化学反应活化区,从而影响放电性能。通过实验测量了气体扩散电极开始浸液的4天内浸液量与放电性能的关系,并借助拓扑网络数值模拟电解液浸入多孔介质的过程帮助理解该实验现象。结果表明,随着放电过程的进行,浸液量和分布情况不断变化;气体扩散电极放电性能变化主要分为3个阶段:浸液饱和度为39.4%时放电性能最佳;浸液开始2~24小时进行迅速,浸液饱和度达到81%,放电性能小幅下降;24小时之后浸液增速大幅减缓,放电功率随浸液量增加大幅下降。     

气体扩散电极中三相交界线的研究

对气体扩散电极三相反应区域的基本单元简化得到了液滴电极模型,并建立了液滴电极的数学模型.对液滴电极数学模型求解,得出液滴电极在大电流输出工作条件下输出电流与三相反应交界线周长成正比,具体关系为I=K(θ_0)*L*C_e.其中I为电极电流强度,θ_0为接触角,C_e为气液接触面上氧气浓度,L为固液接触面周长.     

多孔介质的流变模型研究

多孔介质在应力作用下具有弹性变形和黏性变形两种完全不同的变形机制，多孔介质的弹性变形是由介质的本体有效力所致，而黏性变表则是由介质的结构有效应力所致。多孔介质的总变形为弹性变形和黏性变形的叠加，计算多孔介质总应变量的流变模型必须同时采用本体有效应力和结构有效应力（双重有效应力），而传统的流变模型仅采用Terzaghi有效应力是不妥当的，它无法正确描述多孔的应变行为，采用了双重有效应力之后的流变模型，通过调节介质特性参数，可以拟合介质的实际应变行为，并且把多孔介质与普通固体联系了起来。     

锌空气电池电极表面渗液现象的研究

渗液问题是锌空气电池的主要问题之一.本文通过如下实验:聚四氟乙烯膜(PTFE,poly tetra fluoro ethylene)表面特性实验、电池风冷放电、空气电极电压实验和类列斯实验,对可能影响电池渗液的因素进行了研究.这些因素包括:PTFE膜、温度、电压、电荷总量、电解质溶液.实验结果表明:PTFE膜经过KOH溶液浸泡一段时间后,其接触角会显著变小,疏水性变差;温度和电压会对渗液现象产生影响;在各类电解质溶液中,KOH溶液渗液最严重;放电过程中的电荷总量对渗液问题基本没影响.实验结果分析得出,这类电池渗液主要是由于上述因素导致电解液表面张力变化,引起气液界面移动导致的.     

A new method for simulation and analysis of displacement of fluids in porous media

Using the principle of diffusion-limited aggregation(DLA),a new model is introduced to simulate the displacement of one fluid by another in porous media.The results agree with experiments.apparently they do not leave out film-flow phenomena.Simultaneously,we also present a new numerical method to treat our results by the lattice Boltzmann method(LBM),All these will be helpful for analysing similar subjects.     

粘结剂聚四氟乙烯乳液经过乙醇预处理后对气体扩散电极性能的影响

在气体扩散电极的制作工艺中,加入乙醇对粘结剂聚四氟乙烯(PTFE)进行预处理.通过伞自动微孔物理化学吸附仪对气体扩散电极进行BET比表面积、Langmuir比表面积、孔分布等进行测试,并用扫描电子显微镜(SEM)检测观察电极表观形貌.以锌电极作为负极组装成锌空气电池,检测在不同的电流密度下气体扩散电极相对锌电极的电位变化,研究PTFE乳液经过乙醇预处理后对电极性能的影响.结果显示,PTFE乳液经过乙醇处理后,先膨胀后收缩,能够增加催化层和气体扩散层的孔隙结构和比表面积,从而使得电极有效电化学反应场所相应增多,减低电极在大电流密度条件下放电时的极化过电位.     

锌空气电池中空气电极摆放方式的研究

从改变空气电极的摆放方式的角度研究了改善锌空气电池放电性能的方法.通过对比相同的空气电极在同样的锌空气电池系统中采用不同摆放方式后产生的不同的放电特性,分析了空气电极的摆放方式对电极性能的影响.提出采用立式的电极摆放方式,以改善电极和电池性能及效率.