屈亚松等：Zn-In LDHs在Zn-Ni二次电池中的电化学性能 1627 2.2Zn-In LDHs电极的循环伏安曲线分析 对锌电极极化和腐蚀行为的影响，对制备的锌电 为进一步研究Zn-In LDHs在充放电循环中 极进行了Tafel曲线测试，曲线测试结果如图5所 的电化学反应，对制备的锌电极进行了10次循环 示，表I所列数据是根据锌电极的Tafel曲线得出 伏安测试，测试结果如图4所示 的电化学动力参数，包括腐蚀电位Eom和腐蚀电 -Zno 流密度jeor 0.4 Zn-In-LDHs Zn-Al-LDHs 0 0.2 0.2 040=i8-i6-14-12-100.8 E/V (vs Hg/Hgo) -1.7-1.6-1.5-1.4-13-1.2-1.1 E/V (vs Hg/HgO) 图4ZnO、Zn-Al LDHs、Zn-n LDHs电极的循环伏安曲线 Fig.4 Cyclic voltammetry curves of ZnO,Zn-Al LDHs,and Zn-In 图5ZnO、Zn-Al LDHs、Zn-n LDHs电极的Tafel曲线 LDH electrodes Fig.5 Tafel curves of ZnO,Zn-Al LDH,and Zn-In LDH electrodes 图4中表示的是ZnO、Zn-Al LDHs和Zn-Jn 表1ZnO、Zn-Al LDHs、Z--In LDHs电极的Tafel曲线数据 LDHs电极的第10次循环伏安曲线.从图中可以看 Table 1 Tafel curve data of ZnO,Zn-Al LDHs,and Zn-In 到电流的响应出现在-0.9~-1.9V,在阴极区域， LDHs electrodes ZnO、Zn-Al LDHs、Zn-In LDHs电极的峰值电位 Sample EcoeV jcon/(A.cm) 分别出现在-1.630、-1.602和-1.570V处，相较于 ZnO -1.432 0.489 ZnO和Zn-Al LDHs电极的峰值电位，Zn--In LDHs Zn-AI LDHs -1.419 0.391 电极的峰值电位更正，而峰值电位越负，意味着在 Zn-In LDHs -1.374 0.218 还原过程中电化学动力学越低，因此可以得到 在图5中Zn-In LDHs锌电极相较于ZnO和 Zn-In LDHs在电化学动力学这一方面表现更好，并 Zn-Al LDHs锌电极的腐蚀电位有明显的正向偏 且充电过程效率更高.在阳极区域，Zn-In LDHs电 移：ZnO、Zn-Al LDHs、Zn-In LDHs样品的Ecom 极首先在-1.174V处出现阳极峰值，而ZnO和Zm-A1 分别出现在-1.432、-1.419和-1.374V处，从表1 LDHs电极的阳极峰值则分别出现在-1.189V和 中还可以看出，Zn-In LDHs在三者中具有最低的 -1.182V处，可见三者的差距并不大，Zn-In LDHs 腐蚀电流密度，即具有最好的抗腐蚀能力.在电化 电极的阳极峰值要略大于Zn-Al LDHs和ZnO电 学腐蚀原理中，腐蚀电位在电极腐蚀方面起着至 极的阳极峰值，一般较低的阳极峰值则意味着锌电 关重要的作用，腐蚀电位越负则表示抗腐蚀能力 极具有较高的电化学活性，这也是因为当用In替 越差，而另一个数据jcor则表示腐蚀速度，其值越 代A1后，降低了材料的电子导电率，导致其电化学 大，则腐蚀速度越快，相反jc的值越小，意味着具 活性稍有下降.而Zn-In LDHs电极的阴极峰值与 有更好的抗腐蚀性能 阳极峰值之间的电位差值是最小的，阴极与阳极之 这些数据比文献报道的要高，因为以前的研 间的峰值电位的差值越小，电极的可逆性就越大， 究中制备的一些水滑石电极的腐蚀电流密度超过 因此在电极材料的可逆性这一方面，Zn-In LDHs无 4mAcm2,在相同条件下，制备的Zn-In LDHs电 疑是这三者中性能最好的一个.与此同时，与其他 极在耐腐蚀性能方面优于文献[18-19,21]报道的 关于Zn-A!LDHs电极的研究相比来看，本文的 Zn-Al LDHs电极.一般来说，如果腐蚀电流密度 Zn-In LDHs电极的循环伏安曲线同样是要优于其 增加，电极的腐蚀速度就会加快.结果表明，Zn-In 他文献I9报道的Zn-Al LDHs电极 LDHs的耐腐蚀性能优于Zn-Al LDHs电极和 2.3Zn-In LDHs电极的Tafel曲线分析 ZnO电极，即本文制备的Zn-In LDHs具有较好的 为了解金属元素In取代AI之后的Zn-In LDHs 耐腐蚀性能.2.2    Zn‒In LDHs 电极的循环伏安曲线分析 为进一步研究 Zn–In LDHs 在充放电循环中 的电化学反应，对制备的锌电极进行了 10 次循环 伏安测试，测试结果如图 4 所示. 图 4 中表示的是 ZnO、Zn–Al LDHs 和 Zn‒In LDHs 电极的第 10 次循环伏安曲线. 从图中可以看 到电流的响应出现在−0.9～−1.9 V，在阴极区域， ZnO、Zn–Al LDHs、Zn‒In LDHs 电极的峰值电位 分别出现在−1.630、−1.602 和−1.570 V 处，相较于 ZnO 和 Zn–Al LDHs 电极的峰值电位，Zn‒In LDHs 电极的峰值电位更正，而峰值电位越负，意味着在 还原过程中电化学动力学越低 ，因此可以得到 Zn‒In LDHs 在电化学动力学这一方面表现更好，并 且充电过程效率更高. 在阳极区域，Zn‒In LDHs 电 极首先在−1.174 V 处出现阳极峰值，而 ZnO 和 Zn–Al LDHs 电极的阳极峰值则分别出现在−1.189 V 和 −1.182 V 处，可见三者的差距并不大，Zn‒In LDHs 电极的阳极峰值要略大于 Zn–Al LDHs 和 ZnO 电 极的阳极峰值，一般较低的阳极峰值则意味着锌电 极具有较高的电化学活性，这也是因为当用 In 替 代 Al 后，降低了材料的电子导电率，导致其电化学 活性稍有下降. 而 Zn‒In LDHs 电极的阴极峰值与 阳极峰值之间的电位差值是最小的，阴极与阳极之 间的峰值电位的差值越小，电极的可逆性就越大， 因此在电极材料的可逆性这一方面，Zn‒In LDHs 无 疑是这三者中性能最好的一个. 与此同时，与其他 关于 Zn–Al LDHs 电极的研究相比来看 ，本文的 Zn‒In LDHs 电极的循环伏安曲线同样是要优于其 他文献[19] 报道的 Zn–Al LDHs 电极. 2.3    Zn‒In LDHs 电极的 Tafel 曲线分析 为了解金属元素 In 取代 Al 之后的 Zn‒In LDHs 对锌电极极化和腐蚀行为的影响，对制备的锌电 极进行了 Tafel 曲线测试，曲线测试结果如图 5 所 示，表 1 所列数据是根据锌电极的 Tafel 曲线得出 的电化学动力参数，包括腐蚀电位 Ecorr 和腐蚀电 流密度 jcorr. 在图 5 中 Zn‒In LDHs 锌电极相较于 ZnO 和 Zn–Al LDHs 锌电极的腐蚀电位有明显的正向偏 移 ：ZnO、Zn–Al LDHs、Zn‒In LDHs 样品的 Ecorr 分别出现在−1.432、−1.419 和−1.374 V 处，从表 1 中还可以看出，Zn‒In LDHs 在三者中具有最低的 腐蚀电流密度，即具有最好的抗腐蚀能力. 在电化 学腐蚀原理中，腐蚀电位在电极腐蚀方面起着至 关重要的作用，腐蚀电位越负则表示抗腐蚀能力 越差，而另一个数据 jcorr 则表示腐蚀速度，其值越 大，则腐蚀速度越快，相反 jcorr 的值越小，意味着具 有更好的抗腐蚀性能. 这些数据比文献报道的要高，因为以前的研 究中制备的一些水滑石电极的腐蚀电流密度超过 4 mA·cm−2，在相同条件下，制备的 Zn‒In LDHs 电 极在耐腐蚀性能方面优于文献 [18−19,21] 报道的 Zn–Al LDHs 电极. 一般来说，如果腐蚀电流密度 增加，电极的腐蚀速度就会加快. 结果表明，Zn‒In LDHs 的耐腐蚀性能优 于 Zn –Al LDHs 电 极 和 ZnO 电极，即本文制备的 Zn‒In LDHs 具有较好的 耐腐蚀性能. 表 1 ZnO、Zn–Al LDHs、Zn‒In LDHs 电极的 Tafel 曲线数据 Table 1 Tafel curve data of ZnO, Zn–Al LDHs, and Zn–In LDHs electrodes Sample Ecorr/V jcorr/(A·cm−2) ZnO −1.432 0.489 Zn–Al LDHs −1.419 0.391 Zn–In LDHs −1.374 0.218 −2.0 −1.8 −1.6 −1.4 −1.2 −1.0 −0.8 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 Current/A ZnO Zn–In–LDHs Zn–Al–LDHs E/V (vs Hg/HgO) 图 4 ZnO、Zn–Al LDHs、Zn‒In LDHs 电极的循环伏安曲线 Fig.4 Cyclic voltammetry curves of ZnO, Zn –Al LDHs, and Zn –In LDH electrodes −1.7 −1.6 −1.5 −1.4 −1.3 −1.2 −1.1 −4 −3 −2 −1 0 Zn−Al−LDHs Zn−In−LDHs ZnO lg (I/A) E/V (vs Hg/HgO) 图 5 ZnO、Zn–Al LDHs、Zn‒In LDHs 电极的 Tafel 曲线 Fig.5 Tafel curves of ZnO, Zn–Al LDH, and Zn–In LDH electrodes 屈亚松等： Zn‒In LDHs 在 Zn‒Ni 二次电池中的电化学性能 · 1627 ·