[发明专利]海水电池镁合金阳极疏水膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种在海水电池镁合金阳极上制备疏水膜的方法，该方法先将镁合金阳极进行抛磨，再清洗除油，然后浸泡在硝酸铈水溶液中20~40 min，将浸泡处理后的镁合金阳极放入十二烷基三甲氧基硅烷(DTS)的甲苯溶液中15~25 min，取出自然干燥后即可获得一层超疏水薄膜。本发明超疏水薄膜具有良好的超疏水性能，与水滴的接触角超过150°，组装电池后测试其放电比容量高达1800 mAh/g，本方法还具有操作简单，成本低廉等优点。

技术领域

本发明涉及镁合金表面处理及改性技术领域，特别涉及一种海水电池镁合金阳极疏水膜的制备方法。

背景技术

海水电池以海水为电解液，是海洋用电设备的能源新秀，它具有广泛的适应性，值得大力发展研究。海水溶氧电池阳极多使用镁合金，镁合金在海水电解质中会发生自腐蚀反应，导致在海水中自腐蚀严重，提高它自身的利用率一直是需要解决的问题。目前，大部分镁合金阳极研究都针对于镁合金成分的优化，但通过优化成分提高镁合金阳极利用率是很有限的。自然界中许多物体（如荷叶的表面、蝴蝶的翅膀等）都具有很好的疏水性能和自清洁功能。一般认为静态接触角>150°和滚动脚<5°的表面为超疏水表面。如果将超疏水表面应用于镁阳极，那么就可以抑制镁合金表面腐蚀和表面氧化，可以在电池放电过程中克服镁阳极化学活性高，溶解速度较快，析氢严重，导致阳极法拉第效率降低的不足，并实现镁合金的表面自清洁。东北林业大学的张光明课题组利用硝酸刻蚀、化学镀银和表面自组装的方法在镁合金表面制备了超疏水薄膜，然而这种方法制备疏水膜在制备过程中会有刺激性气体生成，且化学镀银时膜层为一层层生长，非常容易脱落。申请号为201010520898.7的专利申请公开了一种镁合金疏水膜的制备方法，用硫酸进行化学刻蚀，阳极氧化法构造二级结构和低表面能修饰，但这种方法步骤复杂、效率低且硫酸为危险试剂。对于镁合金表面疏水膜的制备，现有的制备工艺往往需要严格的加工条件，危险的化学试剂，复杂的装置和较长的周期等。

发明内容

为了克服现有技术制备镁合金表面超疏水膜存在的困难和问题，本发明提出一种简单、高效、成本低廉的溶液浸渍法在阳极镁合金上制备超疏水薄膜。

本发明提供一种海水电池镁合金阳极疏水膜的简易制备方法。

本发明的技术方案是：将砂纸打磨后镁合金经丙酮和无水乙醇清洗除油处理，吹干后20~40℃浸渍在硝酸铈溶液中20~40 min，浸渍结束后取出镁合金用去离子水彻底清洗并吹干，最后将吹干的镁合金常温浸泡在十二烷基三甲氧基硅烷（DTS）的甲苯溶液中15~25min，浸泡结束在空气中自然干燥。干燥后的镁合金表面覆盖一层浅黄色粗糙薄膜，并呈超疏水性，水滴在表面上的接触角为160.72°，与正极材料组装成电池放电比容量为1831.3mAh/g。

根据本发明的技术方案，所述硝酸铈溶液的浓度为0.05~0.2 mol/L，浸渍时间为20~40 min，温度为20~40℃。

根据本发明的技术方案，所述DTS 甲苯溶液中修饰的时间为15~25 min，浓度为1%的体积分数，温度为常温25℃。

根据本发明的技术方案，所述预处理包括以下步骤：将阳极镁合金基体依次用600、1000、1500、2000＃砂纸打磨，室温下依次用丙酮、无水乙醇超声10 min，冷风吹干待用。

根据本发明的技术方案，所述镁合金为Mg-Al-Zn合金，其典型成分为AZ91镁合金。

本发明方法与现有的技术相比具有以下优点：

(1)本发明方法所需设备简单，容易操作而且制备周期短，易于大面积生产。

(2)本发明方法获得的超疏水薄膜具有良好的疏水性能，水滴在镁合金表面的接触角超过150°。

(3)本发明方法获得的镁合金与正极材料组成电池后放电比容量超过1800 mAh/g。