一种电镀液、三维多孔结构锌薄膜材料及其制备方法

文档序号:8554814阅读:452来源:国知局
一种电镀液、三维多孔结构锌薄膜材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料制备技术领域,尤其涉及一种电镀液、三维多孔结构锌薄膜材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]金属多孔材料是80年代后期国际上迅速发展起来的一种具有优异的物理特性和良好的机械性能的新型工程材料和功能材料。它具备多种优异物理性能,如比重小、刚度大、比表面大、减震性能好、消声效果好、电磁屏蔽性能高等,使其在一些高技术领域获得了广泛应用。对于通孔金属材料,还具有导热率高、气体渗透率高、换热散热能力高等优点。可作为某些场合的结构材料,是一种性能优异的多用工程材料。
[0003]金属多孔材料在许多场合可作为功能材料材料。比如,在碱性锌电池和锌空气电池中,锌是阳极材料,锌的结构及性能是影响电池性能的核心部件。电极材料的有效表面积的控制在电池设计中极为重要。通常比表面积越大,电池的功率越高。多孔材料相比块状材料,具有更高的比表面积,因此能获得更佳的电池性能。而且多孔材料与粉末材料相比,多孔材料是相互连接互通的,因此有非常好的导电性。而粉末材料会因为电解液在颗粒以颗粒之间渗透,导致金属颗粒间的接触受阻,因此有相对较高的电阻。电池的电阻越高,则内耗越大,同时功率特性也越差。锌空气电池不适用铅、汞等有毒重金属元素,用锌空气电池取代上述有毒物的电池,对保护人类赖以生存的自然环境,也是一种贡献。目前锌空气电池作为新型能源储存设备受到越来越广泛的关注。因此,发展多孔金属锌以及制备多孔金属锌的方法对提高电池材料的性能有重要的意义,显示出广阔的应用前景。同时用多孔锌作为超级电容的集流体,具有导电性好,安全无毒,价格低廉等优势,也显示出潜在的应用前景。
[0004]金属多孔材料的制造方法很多。包括气体吹入法、固体发泡剂法和金属/气体共晶定向凝固法等,各有优缺点。气体吹入法可以制备大块体的多孔材料,不能制备薄膜材料,而且孔径的大小以及均匀度较难控制;固体发泡剂存在同样的问题。气体吹入法可以制备大块的多孔材料,但很难制备薄膜结构三维多孔材料,固体发泡剂法存在同样的缺点。熔模铸造和又称失蜡铸造,包括压蜡、修蜡、组树、沾浆、熔蜡、浇铸金属液及后处理等工序。失蜡铸造是用蜡制作所要铸成零件的蜡模,然后蜡模上涂以泥浆,这就是泥模。泥模晾干后,在焙烧成陶模。一经焙烧,蜡模全部熔化流失,只剩下陶模。一般制泥模时就留下了浇注口,再从浇注口灌入金属熔液,冷却后,所需的零件就制成了。熔模铸造法和渗流铸造法可以制备规则孔径材料,但难以制备精细三维多孔材料。金属/气体共晶定向凝固法利用共晶反应中氢气气泡上浮可通孔多孔材料,但其孔径尺寸、孔的分布不可控,且仅能用于制造纯Cu、Mg等为数不多的金属通孔多孔材料,该方法同样不能有效制备三维多孔薄膜材料。

【发明内容】

[0005]本发明的目的在于提供一种更高比表面积的三维多孔结构锌薄膜材料。
[0006]为实现上述目的,本发明提供一种用于制备三维多孔结构锌薄膜材料的电镀液,其特征在于,所述电解液由钌离子源、电解质和锌离子源组成;所述电解液中钌离子浓度为 0.01mg-2mg/Lo
[0007]进一步,所述电解液中锌离子浓度为60-100 g/Lo
[0008]进一步,所述电解质为氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钾或硫酸中的一种或一种以上。
[0009]进一步,,所述电解质浓度为50-120 g/Lo
[0010]进一步,所述钌离子源选用三氯化钌;
任选的,锌离子源选自硫酸锌、氯化锌中的一种或一种以上。
[0011]另一方面,本发明提供一种制备三维多孔结构锌薄膜材料的方法,其特征在于,将用于沉积锌的阴极插入所述的电镀液中,与同样插入电镀液的阳极相对,并且在阴极和阳极之间施加足以在阴极上沉积锌层的电流密度,进行电镀,即得到三维多孔结构锌薄膜材料。
[0012]进一步,所述阴极为钛板、钛合金板或铝板。
[0013]进一步,所述的阳极为金属氧化物涂层钛阳极,铅阳极,铅合金阳极或金属铂电极。
[0014]任选的,所述电流密度为300?600A/m2。
[0015]本发明还保护所述制备三维多孔结构锌薄膜材料的方法制备得到的三维多孔结构锌薄膜材料。
[0016]另一方面,本发明还保护所述三维多孔结构锌薄膜材料作为电极材料用于碱性锌电池和锌空气电池中的用途。
[0017]本发明三维多孔结构锌薄膜材料的孔由大孔和小孔组成,大孔有利于电解液的流通,小孔有利于提高比表面积,有利于电解液的扩散,因此相比传统的孔径较为均匀的多孔材料,具有结构上的明显优势。
[0018]本发明三维多孔结构的形成原理:在阴极和阳极之间施加以电流。如果电镀液中不含钌离子,电镀液中的锌离子会均匀的沉积到阴极表面。尽管从热力学上看阴极应该优先析出氢气,但因为锌表面析氢过电位高与锌析出过电位,因此锌表面优先沉积锌,而不是析出氢。这样锌会均匀的沉积到阴极表面,从而得到如附图1所示的均匀的锌薄膜。在电镀液中添加微量的钌离子后,钌离子在电场作用下也会沉积在阴极变成金属钌。因为金属钌是良好的析氢催化剂,这导致氢在钌表面的析出电位低于锌的析出电位,因此在钌沉淀的地方将会不断的析出氢气,而没有沉积钌的地方继续沉积锌,这样经过一定时间的电沉积,便形成了三维多孔结构的锌薄膜材料。钌在电解液中的含量非常的少,这些金属钌离子不会成片地沉积在阴极表面,而是分散的沉积在阴极表面各个点上,因此得到的是多孔结构的锌薄膜材料。另外一方面,通过调整钌离子的浓度,则可以得到不同孔径大小和不同孔径密度的锌薄膜材料,这一点在实施例附图中能够可以直观的看出。然而,电镀液中过量的钌离子存在,会导致阴极表面大面积析出钌,从而氢气是在整个阴极表面析出,这种情况下难以获得多孔结构。因此钌离子的浓度为0.01-2mg/L?
[0019]从上述原理可知,可通过钌离子的浓度控制三维多孔材料的孔径大小,空隙密度等参数。这种调节方式简单,有效,非常适合工业化和规模化生产应用,因此有广阔的应用价值。此外,电镀液成分简单,原料易得,可规模化、工业化生产。而且成本低廉,尽管使用了贵金属钌,但按本发明限定的最高剂量2 mg/L计算,每升电镀液中钌的成为大约为0.12元钱(按三氯化钌中钌离子的成本计算,钌离子价格约60元/g)。因此制备成本是非常的低的。
【附图说明】
[0020]图1为实施例1中电镀液不含钌的传统常规电镀锌薄膜的表面形貌图;
图2为实施例1中钌离子含量为0.01mg/L时,本发明电镀液制备的三维多孔结构锌薄膜的表面形貌图;
图3为实施例1中钌离子含量为lmg/L时,本发明电镀液制备的三维多孔结构锌薄膜的表面形貌图;
图4为实施例2制备的三维多孔结构锌薄膜的表面形貌图;
图5为实施例3制备的三维多孔结构锌薄膜的表面形貌图;
图6为实施例4制备的三维多孔结构锌薄膜的表面形貌图;
图7为实施例5制备的三维多孔结构锌薄膜的表面形貌图;
图8为实施例6制备的锌薄膜的表面形貌图。
【具体实施方式】
[0021]下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者,按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。
[0022]实施例1:三维多孔结构锌薄膜材料的制备
电解液成分:配制锌离子浓度为60g/L,钌离子浓度分别为0,0.0 lmg/L, I mg/L,硫酸浓度
当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1