论文部分内容阅读
铝/空气电池比能量高、寿命长、成本低,是一种具有很好应用前景的新型环保电池。纯铝因表面存在一层致密的氧化膜,在中性溶液中活化能力差,碱性溶液中自腐蚀速率大,不能直接作为电池阳极材料使用。为进一步推进铝/空气电池的发展,研制出高活性、低自腐蚀的铝阳极合金材料无疑具有重大意义。本文基于微合金化原理和与工艺,设计添加Ga、In、Sn及Si等元素来提高铝阳极材料的活化能力和耐腐蚀性能。通过改变Si的含量,分别考察了碱性及中性电解液中Si对铝阳极合金组织与性能的影响,使用光学显微镜、扫描电镜观察分析了合金的金相及显微组织变化,采用失重法测试其自腐蚀速率,利用电化学工作站研究了合金的电化学性能,并通过电池测试系统进行恒电流放电测试,通过室温轧制研究了变形量对铝合金电化学性能的影响。实验结果表明:合金元素Ga、In及Sn可以较好地提高铝阳极合金的活化能力,元素Si熔化潜热大,在铝合金凝固时可促进Ga、In、Sn的均匀分布,减少晶界偏析,在改善合金铸造性能的同时提高其耐腐蚀性能和电化学性能。4M NaOH溶液中,Al-0.02Ga-0.50Mg-0.10Sn-xSi阳极材料添加0.10%的Si时具有最佳综合性能,自腐蚀速率最小,为0.113mg·cm-2·min-1,开路电位最负,为-1.80V(vs.Hg/HgO),20mA恒流放电电压为1.50V。在3.5%的NaCl溶液中,当添加0.15%的Si后,该合金的自腐蚀速率最小,约为0.035mg·cm-2·d-1,开路电位最负,约为-1.5V(vs.SCE),5mA恒电流放电电压稳定为1.20V。等效电路LRs(Cdl(Rt(QRc)))可较好地解释该铝阳极合金材料的腐蚀过程。对于Al-0.02In-0.50Mg-0.10Sn-xSi阳极合金而言,在碱性溶液中Si含量为0.10%时合金腐自蚀速率最小,约为0.105mg·cm-2·min-1。开路电位最负,约为-1.80V(vs.Hg/HgO)。5mA恒流放电电压为1.72V。在3.5%的NaCl溶液中,添加0.15%Si后该合金自腐蚀速率最小,为0.033mg·cm-2·d-1,开路电位最负,约为-1.23V(vs.SCE)。5mA恒电流放电电压为0.57V。通过模拟得出的等效电路L1Rs(Cdl(Rt(RcQ))(Ra1La1)(Ra2La2))可较好对其电化学腐蚀过程进行分析解释。室温轧制后,4M NaOH溶液中Al-0.02Ga-0.50Mg-0.10Sn-0.10Si合金自腐蚀速率下降,开路电位整体正移。当冷轧变形量为60%时,铝合金自腐蚀速率最低,为0.065mg·cm-2·min-1,开路电位为-1.771V(vs.Hg/HgO),20mA恒电流放电电压为1.30V。