Mn、Zn合金化對Al-Ga-Mg-Sn陽極合金組織及電化學(xué)性能的影響.pdf

1、鋁-空氣電池具有原材料豐富、能量密度大、環(huán)保等優(yōu)點，是一種理想的電池體系，其應(yīng)用前景廣闊。純鋁在堿性溶液中自腐蝕速率大，大電流密度放電性能不佳，不宜直接作為鋁-空氣電池負(fù)極材料使用。通過微合金化改善鋁陽極合金的電化學(xué)性能和腐蝕性能，開發(fā)出多元鋁合金陽極材料，這對于發(fā)展電池技術(shù)具有重要意義。
　　本文以鋁-空氣電池用陽極材料為應(yīng)用背景，在Al-Ga-Mg-Sn四元合金的基礎(chǔ)上，通過單獨添加Mn、Zn兩種合金元素，制備出Al-Ga-M

2、g-Sn-xMn和Al-Ga-Mg-Sn-xZn合金，通過 SEM、EDX、金相顯微鏡和電化學(xué)工作站等多種分析測試手段，研究了Mn、Zn含量對Al-Ga-Mg-Sn陽極合金組織、電化學(xué)性能和腐蝕性能的影響，同時研究了電解液添加劑、熱處理對Al陽極合金電化學(xué)性能的影響，為開發(fā)高性能鋁基陽極材料奠定實驗基礎(chǔ)。結(jié)果表明：Mn的加入使Al-0.1Ga-1Mg-0.1Sn合金中析出相數(shù)目增多，晶粒得到細(xì)化，析氫自腐蝕速率增大，開路電位、恒電流放電

3、電位負(fù)移，放電性能得到改善。Al-0.1Ga-1Mg-0.1Sn-0.1Mn合金的綜合性能較好，在4 M NaOH溶液中，開路電位達(dá)-1.716 V(vs Hg/HgO)，析氫速率為0.322ml·cm-2·min-1，100mA·cm-2恒電流放電電位達(dá)-1.403 V(vs Hg/HgO)，單體電池20 mA放電時輸出電壓達(dá)1.53 V，腐蝕形貌比較均勻。相比基礎(chǔ)合金，Al-0.1Ga-1Mg-0.1Sn-xMn合金 EIS圖譜的高

4、頻容抗弧變小，合金的活化能力提高，低頻容抗弧變的比較明顯，合金表面的腐蝕產(chǎn)物膜溶解、脫附速率有所下降。Al-0.1Ga-1Mg-0.1Sn-xZn合金中的析出相主要為富Sn相，合金元素Zn主要固溶于Al基體中，添加0.5％和1%的Zn后，合金的耐蝕性提高，開路電位和恒電流放電工作電位負(fù)移。Al-0.1Ga-1Mg-0.1Sn-1Zn合金的綜合腐蝕電化學(xué)性能較好，在4 M NaOH溶液中，穩(wěn)態(tài)開路電位約-1.721 V(vs Hg/HgO

5、)，析氫速率為0.202 ml·cm-2·min-1，100mA·cm-2恒電流放電工作電位達(dá)-1.416 V(vs Hg/HgO)，單體電池20 mA放電時輸出電壓達(dá)1.55 V，腐蝕形貌均勻。Zn添加量為0.5%和1%時，合金的高頻容抗弧半徑比基礎(chǔ)合金略有增大，低頻容抗弧不明顯，腐蝕產(chǎn)物易于脫附；Zn添加量為1.5%和2%時，合金高頻容抗弧顯著減小，低頻容抗弧都比較明顯，腐蝕產(chǎn)物不易脫附。與純NaOH溶液相比，Al-0.1Ga-1M

6、g-0.1Sn-0.1Mn合金在4 M NaOH+xM Na2S2O3中自腐蝕速率增大，合金進(jìn)一步活化，開路電位和腐蝕電位負(fù)移，極化傾向減小，放電性能得到明顯提升。S2O32-具有類似Cl-的作用，能夠引起合金點蝕。當(dāng)Na2S2O3添加量為0.1 M時，合金100mA·cm-2恒電流放電電位可達(dá)-1.442 V，相比4 M NaOH溶液中的放電電位負(fù)移約40mV。固溶和退火處理對Al-Ga-Mg-Sn-0.1Mn/1Zn這兩種合金的組織