鋁-空氣電池用Al-Ga-In-Mg-Sn-Si陽極材料研究.pdf

1、鋁/空氣電池比能量高、壽命長、成本低，是一種具有很好應(yīng)用前景的新型環(huán)保電池。純鋁因表面存在一層致密的氧化膜，在中性溶液中活化能力差，堿性溶液中自腐蝕速率大，不能直接作為電池陽極材料使用。為進(jìn)一步推進(jìn)鋁/空氣電池的發(fā)展，研制出高活性、低自腐蝕的鋁陽極合金材料無疑具有重大意義。
　　本文基于微合金化原理和與工藝，設(shè)計(jì)添加Ga、In、Sn及Si等元素來提高鋁陽極材料的活化能力和耐腐蝕性能。通過改變 Si的含量，分別考察了堿性及中性電解液

2、中Si對鋁陽極合金組織與性能的影響，使用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡觀察分析了合金的金相及顯微組織變化，采用失重法測試其自腐蝕速率，利用電化學(xué)工作站研究了合金的電化學(xué)性能，并通過電池測試系統(tǒng)進(jìn)行恒電流放電測試，通過室溫軋制研究了變形量對鋁合金電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：合金元素Ga、In及Sn可以較好地提高鋁陽極合金的活化能力，元素 Si熔化潛熱大，在鋁合金凝固時可促進(jìn) Ga、In、Sn的均勻分布，減少晶界偏析，在改善合金鑄造性能的同時提高其耐

3、腐蝕性能和電化學(xué)性能。4MNaOH溶液中，Al-0.02Ga-0.50Mg-0.10Sn-xSi陽極材料添加0.10％的Si時具有最佳綜合性能，自腐蝕速率最小，為0.113 mg·cm-2·min-1，開路電位最負(fù)，為-1.80V(vs.Hg/HgO)，20 mA恒流放電電壓為1.50V。在3.5%的NaCl溶液中，當(dāng)添加0.15%的 Si后，該合金的自腐蝕速率最小，約為0.035mg·cm-2·d-1，開路電位最負(fù)，約為-1.5V(v

4、s.SCE)，5mA恒電流放電電壓穩(wěn)定為1.20V。等效電路LRs(Cdl(Rt(QRc)))可較好地解釋該鋁陽極合金材料的腐蝕過程。對于Al-0.02In-0.50Mg-0.10Sn-xSi陽極合金而言，在堿性溶液中 Si含量為0.10%時合金腐自蝕速率最小，約為0.105mg·cm-2·min-1。開路電位最負(fù)，約為-1.80V(vs.Hg/HgO)。5mA恒流放電電壓為1.72V。在3.5%的NaCl溶液中，添加0.15% Si后

5、該合金自腐蝕速率最小，為0.033mg·cm-2·d-1，開路電位最負(fù)，約為-1.23V(vs.SCE)。5mA恒電流放電電壓為0.57V。通過模擬得出的等效電路L1Rs(Cdl(Rt(RcQ))(Ra1La1)(Ra2La2))可較好對其電化學(xué)腐蝕過程進(jìn)行分析解釋。室溫軋制后，4M NaOH溶液中Al-0.02Ga-0.50Mg-0.10Sn-0.10Si合金自腐蝕速率下降，開路電位整體正移。當(dāng)冷軋變形量為60%時，鋁合金自腐蝕速率最