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镁合金作为电池负极材料具有成本低、无毒、无污染、放电电压平稳、高比能量、高比功率、资源丰富、可再生等诸多优点,受到人们的普遍关注。但是一直未得到广泛的实际应用,其中一个主要原因是镁在电解液中钝化、腐蚀等情况严重,使其无法达到应用的标准,难以满足现实要求。因此,研究镁合金作为负极材料的电化学行为,有重要的理论意义和实用价值。
由于镁合金作为镁电池负极材料存在着自腐蚀速率大、负极利用率低、电压滞后等问题,本文力求寻找出镁合金存在上述问题的原因。在此基础上,找到能够作为镁-锰干电池负极的镁合金材料。实验主要研究镁合金作为负极材料的电化学性能,减小其析氢腐蚀,解决活化和钝化的矛盾,缩短放电滞后时间,使镁电池具有良好的存储能力和较好的放电效率。
实验采用恒温浸泡、极化曲线、恒流放电、电化学阻抗等测试手段对AZ31(挤压态)AZ62(挤压态)和纯镁(铸态)进行了实验研究和分析。研究了AZ31、AZ62和纯镁在浓度为1.0mol/L,1.5mol/L,2.0mol/L的MgSO4,Mg(ClO4)2,MgCl2和Mg(NO3)2溶液中的腐蚀行为和电化学性能,并具体分析了AZ31、AZ62在不同电解液中的电化学行为。结果表明,AZ31、AZ62在MgCl2溶液中的自腐蚀速率较高且生成较厚的腐蚀防护膜,严重降低了电极的利用率,在MgSO4溶液中则常常发生点蚀,长时间存放会严重腐蚀镁合金壳体,不利于镁合金作为镁电池负极材料,而在Mg(ClO4)2和Mg(NO3)2溶液中具有较好的耐蚀性能和放电效率。最后组装电池,进行放电测试。电池外壳为镁合金,作为电池的负极。正极为二氧化锰、石墨和乙炔黑的混合物,电解质为Mg(ClO4)2和Mg(NO3)2及其一定比例的混合物。对电池进行放电测试,并对其稳定性、是否发生漏液及壳体是否发生局部腐蚀进行评估。通过对不同系列镁合金的腐蚀行为和电化学性能的实验分析,纯镁有着较高的电化学活性,但其自腐蚀行为较为严重,其自腐蚀速率远远高于AZ31和AZ62。AZ31和AZ62的自腐蚀速率较低,同时电化学活性较高,在MgSO4,Mg(ClO4)2和Mg(NO3)2溶液中性能较为稳定。由进一步的实验分析可知,合金中Al和Zn的含量直接影响合金的自腐蚀速率和电化学活性。