本文關(guān)鍵詞：電池用Al-Ga-Mn-Mg陽極材料的制備與性能研究

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【摘要】：鋁空氣電池具備高能,綠色,價廉等一系列優(yōu)點,因而是一種發(fā)展前景比較好的新型環(huán)保電池,為了進(jìn)一步推動該類電池的發(fā)展與應(yīng)用,開發(fā)出活性更高、腐蝕速率更低的鋁陽極合金具有重要的意義。本文以性能較好的Al-0.1Ga-0.2Mn為基礎(chǔ)合金,通過添加不同含量的Mg元素,制備出一系列的Al-0.1Ga-0.2Mn-x Mg(x=0、0.5、1.0、1.5、2.0)四元鋁陽極合金。通過測試含有不同鎂含量的合金在40℃、4mol/L Na OH溶液中的性能,研究了Mg含量對Al-Ga-Mn合金微觀組織和電化學(xué)性能的影響。此外,還研究了熱處理、電解液溫度及添加劑對成分優(yōu)化后的鋁陽極合金組織或電化學(xué)性能的影響。實驗結(jié)果表明:在Al-Ga-Mn三元合金中加入Mg元素后,合金的組織中第二相數(shù)量明顯增多,合金的開路電位、恒定電流密度下的放電電位負(fù)移,放電穩(wěn)定性提高,析氫自腐蝕速率降低,且腐蝕形貌得到改善。當(dāng)Mg含量為1.5%時,Al-Ga-Mn-Mg陽極合金表現(xiàn)出較好的綜合性能。其中開路電位、工作電位分別達(dá)-1.848V(vs Hg/Hg O),-1.549V(vs Hg/Hg O),而析氫速率僅為0.403ml·cm-2·min-1,并具有均勻腐蝕形貌。Al-Ga-Mn-Mg陽極合金經(jīng)450℃到540℃固溶處理以后,合金組織中的第二相數(shù)量明顯減少,其開路電位和放電電位整體負(fù)移,析氫速率降低。當(dāng)溫度為480℃時,合金的開路電位為-1.861V,在100m A/cm2的電流密度下進(jìn)行平穩(wěn)放電的放電電位為-1.576V,而析氫速率為0.313ml·cm-2·min-1。該合金經(jīng)過450℃到510℃的退火處理后,合金的析氫速率降低,但其開路電位及放電電位均發(fā)生正移,說明退火降低了合金的活性,且合金在放電時出現(xiàn)了極化現(xiàn)象。電解液溫度對合金性能影響較大,隨著電解液溫度的升高,Al-Ga-Mn-Mg陽極合金的電化學(xué)活性升高,但析氫速率也隨之增大。綜合考慮,合金應(yīng)同時具備較好的電化學(xué)性能和較低的析氫速率,認(rèn)為電解液溫度為40℃、合金具有較好的綜合性能。其開路電位為-1.774V、100m A·cm-2電流密度下工作電位達(dá)-1.475V,析氫速率為0.382 ml·cm-2·min-1。與純堿溶液相比,加入Na2Sn O3、檸檬酸鈉后,對合金表現(xiàn)出了良好的緩蝕性能,合金在溶液中的析氫速率明顯降低。Na2Sn O3的濃度為0.04mol/L時,合金的析氫速率降為0.247ml·cm-2·min-1,檸檬酸鈉的濃度為0.4mol/L時,合金的析氫速率降為0.170ml·cm-2·min-1。在合金的放電性能上,雖然Na2Sn O3、檸檬酸鈉的加入都不同程度的降低了鋁陽極放電時的工作電位,但Na2Sn O3明顯提高了合金放電過程的穩(wěn)定性,而檸檬酸鈉則降低合金放電的穩(wěn)定性,并表現(xiàn)出一定的極化現(xiàn)象。KMn O4加入電解液后,不僅合金的析氫速率顯著增大,當(dāng)濃度為0.02mol/L時,合金的析氫速率達(dá)到1.071ml·cm-2·min-1,而且在合金放電時工作電位大幅正移,其放電穩(wěn)定性相比純堿溶液中也顯著降低。
【關(guān)鍵詞】：鋁陽極材料 電化學(xué)性能 組織 熱處理 添加劑
【學(xué)位授予單位】：河南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM911.41;O646.54
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.2 鋁陽極合金存在的問題和性能要求11-12
• 1.3 鋁陽極材料的研究進(jìn)展12-15
• 1.3.1 國外研究進(jìn)展13-14
• 1.3.2 國內(nèi)研究進(jìn)展14-15
• 1.4 鋁陽極的活化機(jī)理15-17
• 1.5 合金化元素對鋁陽極合金性能的影響17-18
• 1.6 不同熱處理工藝對合金電化學(xué)性能的影響18-19
• 1.7 電解液添加劑對鋁陽極合金性能的影響19-20
• 1.8 本論文的研究目的及研究內(nèi)容20-22
• 第2章 實驗材料與實驗方法22-30
• 2.1 合金成分設(shè)計及制備22-25
• 2.1.1 合金材料的成分設(shè)計22-23
• 2.1.2 合金的制備23-24
• 2.1.3 實驗方案24-25
• 2.2 鋁陽極合金的性能檢測25-27
• 2.2.1 合金的組織及腐蝕形貌觀察25
• 2.2.2 合金的腐蝕性能測定25-26
• 2.2.3 合金的電化學(xué)性能測試26-27
• 2.3 熱處理工藝的確定27-28
• 2.4 電解液添加劑的選擇28-30
• 第3章 鎂含量對Al-Ga-Mn陽極合金組織和電化學(xué)性能的影響30-40
• 3.1 Al-Ga-Mn-x Mg 合金的顯微組織分析30-33
• 3.2 Al-Ga-Mn-xMg合金的開路電位和析氫速率33-35
• 3.3 Al-Ga-Mn-xMg合金的極化曲線35-36
• 3.4 Al-Ga-Mn-xMg合金的交流阻抗譜36-38
• 3.5 Al-Ga-Mn-xMg合金的恒電流放電曲線38
• 3.6 Mg對陽極合金性能影響的綜合討論38-39
• 3.7 本章小結(jié)39-40
• 第4章 熱處理對Al-Ga-Mn-Mg合金組織和性能的影響40-55
• 4.1 固溶溫度對Al-0.1Ga-0.2Mn-1.5Mg合金組織和性能的影響40-47
• 4.1.1 固溶溫度對合金微觀組織的影響40-41
• 4.1.2 固溶溫度對合金析氫速率和腐蝕形貌的影響41-43
• 4.1.3 固溶溫度對合金電化學(xué)性能的影響43-47
• 4.1.4 分析與討論47
• 4.2 退火溫度對Al-0.1Ga-0.2Mn-1.5Mg陽極合金組織和性能的影響47-53
• 4.2.1 退火溫度對合金微觀組織的影響47-48
• 4.2.2 退火溫度對合金的析氫速率和腐蝕形貌的影響48-49
• 4.2.3 退火溫度對合金電化學(xué)性能的影響49-53
• 4.2.4 分析與討論53
• 4.3 本章小結(jié)53-55
• 第5章 電解液溫度及添加劑對鋁陽極合金電化學(xué)性能的影響55-75
• 5.1 電解液溫度對Al-0.1Ga-0.2Mn-1Mg合金性能的影響55-60
• 5.1.1 電解液溫度對合金開路電位和析氫速率的影響55-57
• 5.1.2 電解液溫度對合金極化曲線的影響57-59
• 5.1.3 電解液溫度對合金恒電流放電曲線的影響59
• 5.1.4 分析與討論59-60
• 5.2 錫酸鈉對Al-0.1Ga-0.2Mn-1.5Mg陽極合金性能的影響60-65
• 5.2.1 Na2Sn O_3對合金析氫速率的影響60-61
• 5.2.2 Na2Sn O_3對合金腐蝕形貌的影響61-62
• 5.2.3 Na2Sn O_3對合金交流阻抗譜的影響62-63
• 5.2.4 Na2Sn O_3對合金極化曲線的影響63-64
• 5.2.5 Na2Sn O_3對合金恒電流放電曲線的影響64-65
• 5.2.6 分析與討論65
• 5.3 檸檬酸鈉對Al-0.1Ga-0.2Mn-1.5Mg陽極合金性能的影響65-69
• 5.3.1 檸檬酸鈉含量對合金析氫速率的影響65-66
• 5.3.2 檸檬酸鈉含量對合金腐蝕形貌的影響66-67
• 5.3.3 檸檬酸鈉含量對合金極化曲線的影響67-68
• 5.3.4 檸檬酸鈉含量對合金恒電流放電曲線的影響68-69
• 5.3.5 分析與討論69
• 5.4 高錳酸鉀對Al-0.1Ga-0.2Mn-1.5Mg陽極合金性能的影響69-73
• 5.4.1 不同濃度的KMnO_4對合金析氫速率的影響69-70
• 5.4.2 不同濃度的KMnO_4對合金腐蝕形貌的影響70-71
• 5.4.3 不同濃度的KMnO_4對合金極化曲線的影響71-72
• 5.4.4 不同濃度的KMnO_4對合金恒電流放電曲線的影響72-73
• 5.4.5 分析與討論73
• 5.5 本章小結(jié)73-75
• 第6章 結(jié)論75-77
• 參考文獻(xiàn)77-82
• 致謝82-83
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果83
• 一、 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的與學(xué)位論文相關(guān)的學(xué)術(shù)論文83

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：668129