铝-空气电池用铝合金阳极材料的研究进展.pdf

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1、慷第47卷·第3期·2O1砗年3月0000铝．空气电池用铝合金阳极材料的研究进展徐春波。王为(天津大学化工学院应用化学系，天津300072)[摘要]铝一空气电池是一种环保清洁能源，其应用日趋广泛，但大规模商业应用时仍存在很多困难。其中，铝合金阳极的活化、析氢自腐蚀和低的阳极效率一直是制约其发展的重要因素。着重从铝合金阳极的反应活化、钝化机理、添加合金元素及热处理等方面，综述了国内外近十几年来铝．空气电池用铝合金阳极材料的研究进展，展望了其未来发展方向。[关键词]铝合金阳极；铝一空气电池；舍金元素；活化；热处理[中图分类号]TM911．41[文献标识码]A[文章编号]1001—1

2、560(2014)03—0037—030前言氢腐蚀。随着能源的枯竭及对环保的日益关注，作为一种2电池用铝合金阳极的研究进展环保、清洁的新型化学储备电源，铝一空气电池的研究受到越来越广泛的关注，应用范围也越来越广泛¨J，近2．1铝合金阳极活化机理年来得到了长足的发展。铝合金电极作为电池用材料对铝合金阳极在电解液中表现出的各种现象，有显得至关重要，以下就铝一空气电池中铝合金阳极的发多种理论解释，如“场逆”或“场促进”模型_3j：假设卤展现状进行综述。族元素离子、特别是氯离子对铝合金阳极的活化效应是由外层氧化物表面的离子吸附导致氧化膜内电场符1电池用铝合金阳极面临的问题号的改变所引起

3、的；该过程使得阻碍离子传递的电场作为电池材料，铝合金阳极主要存在以下2个问变成了帮助离子传递的电场，增加了腐蚀速度或阳极题：(1)在很多电解液中表面易生成一层致密的氧化膜溶解速度。但该理论并没有指出合金元素对铝合金阳而钝化，影响了其电化学活性；(2)在很多电解液中尤极的作用机理。随后针对含In，，zn的铝合金阳极其是碱性电解液中易发生严重的析氢自腐蚀，导致其的“溶解一再沉积”机理认为：相对于Al为阴极的利用率较低。因此，提高铝合金阳极的电化学活性和Hg，In等元素的阳离子和Al发生电化学交换反应而沉抗自腐蚀性能是亟待解决的问题。目前，主要通过添积到Al表面，局部分离铝合金表面的

4、氧化膜，使Al的加微量合金元素来改善铝合金阳极的电化学性能。合电位向很负的方向移动，铝合金阳极得以活化。该理金元素按在铝合金中的功能主要分为3种：能破坏钝论在实际试验中得到了广泛的验证，成为很多铝合金化膜、降低氧化膜电阻的Sn，Ga，In等；形成低温共熔阳极活化机理的基础。由“溶解一再沉积”机理直接发体合金的Ga，In，sn，Bi，叽等；使铝活化、降低自腐蚀展出来的“第二相优先溶解机理”认为J：合金元素在速度的高析氢超电位元素Pb，sn，Hg，cd等。此外，铝铝中以2种形态存在，一是与铝形成固溶体，另一种是合金阳极适当的塑性变形及热处理也能显著抑制其析以偏析相(也可称为第二相)

5、的形态存在。合金元素中的固溶体部分使Al阳极的电极电位向负方向移动，活[收稿日期]2013—10—26化阳极，直到暴露出基体相；而偏析相的分布状态和分[通信作者]王为，教授，从事功能材料及半导体材料的电化学制备技术的研究，E-mailwwangg@tju．布量直接影响着铝合金阳极的电化学行为。在实际反edu．ca应中，与铝合金基体紧密接触的第二相作为活化源首av0l47No，3Ma20l4移先参与反应；铟对铝阳极活化过程的影响j：(1)阳极铝要负70mV，zn元素有助于降低铝合金阳极极化；中In以偏析相(其中si，Fe富集)形式存在，作为合金在极化过程中，zn(OH)附着在铝合

6、金电极表面而减的活化点首先溶解，直到暴露出基体铝；(2)基体铝大小了析氢腐蚀¨。量溶解，同时溶解在溶液中的In¨沉积在铝基体表面通过正交试验考察Mg，Sn，Ga和In4种元素对铝使铝基体和氧化膜分离，有利于阳极活化。研究含Ga，合金阳极电化学性能及腐蚀性能的影响发现：Mg是影sn的铝合金电极在碱性介质中的极化特性．8发现：响铝合金阳极电化学性能的最主要因素，低含量的MgA1．Sn．Ga多元合金阳极溶解时，Sn和Ga也溶入溶液，有利于提高铝合金阳极的电化学性能；In是影响铝合锡离子在铝电极表面沉积，随后镓离子在沉积锡上欠金阳极析氢的最主要因素，适当含量的In有利于抑制电位沉积，电

7、极表面不断地形成新的活化点，使Al—sn—析氢；而金属Sn和Ga经反应溶解进入溶液，锡离子先Ga多元合金在较负电位下具有高的活化特性。于Ga沉积在铝合金阳极表面，镓离子又在沉积的Sn2．2合金元素对铝合阳极性能的影响上沉积，低熔点的Ga和sn具有良好的流动性，能够局部分离氧化膜，活化铝合金阳极¨。铝阳极微合金化是提高其电化学活性和耐腐蚀性此外，稀土金属具有较高的化学活性，电位很负，能的常用方法。目前，研究的合金元素主要有2类：是一种良好的还原剂，而且稀土金属的原子半径大，添Ga，In，T1，