铝-空气电池用Al-Mg-Sn-Ga合金阳极材料研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:jinhait2009
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本论文根据合金化方法以高纯铝和元素Sn、Ga、Mg为原料制备了Al-0.08Sn-0.08Ga-xMg(x=0、0.5、1.0、1.5、2.0)阳极合金。利用排水法测量铝合金阳极材料的析氢速率,扫描电镜观察阳极合金表面形貌和腐蚀形貌,能谱仪分析阳极合金析出相元素成分和含量,CHI660E和Autolab PGSTAT204电化学工作站测量开路电位、动电位极化和交流阻抗,用Land电池放电性能测试系统测试其在4M NaOH溶液中的放电性能。研究了合金化元素Sn、Ga、Mg对阳极合金自腐蚀速率及电化学性能的影响。得出:Sn、Ga元素主要以析出相的形式分布在铝阳极基体表面充当活性点,降低阳极合金的氧化膜电阻,由于其具有高的析氢过电位可有效降低铝合金阳极材料析氢自腐蚀,且使合金阳极由点蚀向均匀腐蚀的方式转变;Sn、Ga元素能显著提高合金阳极的活化能力,但是在没有Mg参与的合金阳极中阳极材料在提高其活化能力的同时,其自腐蚀速率也一并增加;Mg元素在成分范围为0.5wt%1.0wt%内能减小Sn、Ga元素的成分偏析,使元素在基体表面的分布更均匀,阳极合金的析氢速率降低;Mg元素在成分范围为1.5wt%2.0wt%内时Sn、Ga元素的成分偏析增大,阳极合金的自腐蚀速率加快;当Mg含量为0.5wt%时阳极材料的腐蚀电流密度为5.44±0.7 mA·cm-2,放电比能量为2549.9 mAh g-1,是其它Mg含量成分合金阳极中最优的。综上所述电化学性能最优的阳极合金成分为Al-0.08Sn-0.08Ga-0.5Mg。承接上述研究结果,采用热处理工艺研究均匀化退火处理和去应力退火处理对Al-0.08Sn-0.08Ga-0.5Mg阳极合金腐蚀和电化学性能的影响。得出:均匀化退火工艺条件为450°C+10h时阳极合金的析氢速率最低。之后随着均匀化退火温度的增加析氢速率变化不大,但是均匀化退火工艺条件在600°C+10h时阳极合金烧损严重发生折皱现象,阳极合金的析氢速率增加;均匀化退火工艺条件为500°C+10h时阳极合金的腐蚀电流密度为5.113±0.16mA·cm-2,极化电阻为3.27Ω·cm2,放电比能量是3169.7 mWh g-1,且放电效率达到39.1±0.4%,是其它均匀化退火温度阳极合金中最高的,说明阳极合金电化学性能最好的均匀化退火工艺条件为500°C+10h。去应力退火处理后阳极合金整体的析氢速率有所升高。腐蚀电流密度较未去应力退火处理阳极合金的腐蚀电流密度(5.13±0.6 mA·cm-2)有所增加,说明阳极合金的电化学活性升高,但是抗腐蚀能力降低;退火工艺条件在350°C+14h时阳极合金的放电比能量为3267.7 mWh g-1,且放电效率达到39.9±0.4%。在所有阳极合金中放电效率最高。且高出目前市场上大部分阳极合金的放电效率(35%左右)。综上所述,得出Al-0.08Sn-0.08Ga-xMg阳极合金最佳的Mg含量成分为0.5wt%,最佳的均匀化退火处理温度为500°C+10h,最佳的去应力退火处理温度为350°C+14h。
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