[发明专利]金属燃料电池用阳极材料及其制法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及金属燃料电池领域，具体涉及一种铝和/或镁基金属材料，其制备方法及其作为金属燃料电池阳极的应用。

背景技术

合金燃料电池，是指用铝、镁等金属为阳极，空气电池为阴极进行发电。其利用空气中的氧气为负极材料，具有容量高、储存时间长、安全环保等优点。可作为没有市电区域的发电装置使用，也可以用于救灾、抢救、旅游等场合，具有广泛的用途。

金属阳极是合金燃料电池的核心部件，主要采用轻合金铝、镁材料制造。铝、镁材料制具有比较负的电位，与空气电极配对可以达到1.5V以上的电压。但是实用过程中，阳极材料会发生钝化，即表面逐渐失去活性，电压升高，造成放电终止。实验证明，铝、镁合金中加低熔点的合金元素，例如镓（Ga）、铟（In）等，可以促进合金的活化，减少钝化现象。其原因在于低熔点的合金使铝和镁的新鲜表面暴露于溶液中，减弱钝化效果的出现。

CN101814595A公开了一种海水动力电池用铝阳极材料，以铝为基体，含有质量分数为0.01～1.0wt%的活化元素汞，0.05～2.0wt%的镓，0.05～2.0wt%的镁、0.01～1.0wt%的锡和0.01～1.0wt%的锌，制备出了具有激活时间短，电流效率高，放电平稳，析氢量少，使用时间长等优点的大功率海水激活动力电池用铝阳极材料。专利CN101693999A公开了一种铝锌锡系牺牲阳极材料，由以下重量百分含量的组分组成：Zn5.0～8.0%，Sn0.05～0.2%，Ga0.01～0.05%，余量为Al。保护电位的范围-1.0～-1.1V(SCE)，其电流效率能达到93%以上，实际电容量达2620Ah·kg^-1以上。

发明内容

本发明解决的技术问题是：以往制备的金属燃料电池阳极为了减少钝化现象，阳极材料中多被加入低熔点的合金元素，成本较高，且部分合金元素为重金属物质，毒性较大。此外，以往的制备方法以多元合金化为目的，工艺复杂，不易控制，且会造成重金属污染。

针对现有技术的不足，本发明提供一种可防止阳极钝化、电化学性能较优、硬度较高、加工性能较好的金属燃料电池用阳极金属或合金材料。

具体来说，本发明为了解决现有技术问题，提供如下技术方案：

一种金属燃料电池用阳极材料，其特征为以金属铝和/或金属镁为基体，内含氯化钠和/或磷酸钠结晶，以及膨润土材料。

优选的，所述阳极材料包含以下组分（wt%）：金属铝（Al）：0～98，金属镁（Mg）：0～98，金属铝和/或镁的总量为85～98；食盐（NaCl）：0～6，无水磷酸钠（Na₃PO₄）：0～13，食盐和/或无水磷酸钠的总量为1.5～13；膨润土：0.05～2；其中，该金属材料的各组分的含量总和为100%。

优选的，所述阳极材料包含以下组分（wt%）：金属铝（Al）：0～98，金属镁（Mg）：0～98，金属铝和/或镁的总量为90～95；食盐（NaCl）：0～6，无水磷酸钠（Na₃PO₄）：0～13，食盐和/或无水磷酸钠的总量为4～6；膨润土：0.05～2。

优选的，所述阳极材料其特征在于，所述氯化钠和/或磷酸钠盐粒子和膨润土以弥散方式均匀分布于铝或镁或铝镁合金基体材料内部。

也就是说，其中盐粒子和膨润土以弥散方式分布在金属铝或镁或铝镁合金的晶界和晶粒体内。

在本发明阳极材料内部，均匀分布可溶性的盐粒子。在放电过程中，氯化钠和或磷酸钠不断溶解，源源不断地剥离出新鲜的金属表面，促进集体继续反应，抑制了钝化的发生。而加入的膨润土材料，是一种具有纳米片层结构的无机材料，可以作为絮凝剂的核心，促进金属铝和/或金属镁的溶解产物（氢氧化铝、氢氧化镁）的絮凝沉淀，防止溶液黏度过大。

另外，本发明还提供了一种金属燃料电池阳极材料的制备方法。该方法包括下述步骤：

将粒径小于10微米的氯化钠和/或无水磷酸钠粉体、膨润土粉体加入融化后的铝液或者镁液或者铝和镁的混合熔液中，浇注到型腔模具，冷却到室温，得到铝和/或镁基阳极材料。

优选的，在所述阳极材料的制备过程中，所述熔液的温度为710～760℃。

优选的，在所述阳极材料的制备过程中，所选氯化钠和/或无水磷酸钠和膨润土需经过预处理，预处理方法包括：将大颗粒氯化钠和/或无水磷酸钠和膨润土材料分别用气流粉碎机粉碎后，烘干得到。

优选的，在氯化钠和/或无水磷酸钠和膨润土的预处理过程中，气流粉碎机粉碎时的气体压力为6～10MPa。