[发明专利]用于低温下的高功率铝空气电池阳极材料及其制备方法

说明书

用于低温下的高功率铝空气电池阳极材料及其制备方法，属于金属空气电池技术领域，针对低温下铝空气电池放电性能变差，放电不稳定等问题，本发明提供了一种以工业纯铝为熔料的适用于低温的高功率铝空气阳极材料及其制备方法，目的在于改善铝空气阳极板在低温条件下的放电性能以及以工业纯铝为熔料的阳极板自腐蚀严重的问题，并且降低生产成本，绿色环保。本发明提供的阳极材料相比传统的阳极材料，其使用温度可以为‑45℃～室温，最高使用温度可达+60℃，低温适宜使用温度范围为‑35～‑25℃。该阳极材料在低温下可以保持较好的开路电压、电流密度和性能稳定性等效果，并且在使用中具有较高的阳极利用率。

技术领域

本发明属于金属空气电池技术领域，且特别涉及用于低温下的高功率铝空气电池阳极材料及其制备方法。

背景技术

随着经济的发展，人类对化石能源等不可再生能源的消耗越来越巨大，对环境的污染也越来越严重，寻找新型的绿色能源已成为人们重点研究的方向。金属燃料电池是一种新型的无污染的绿色能源，主要包括Li、Mg、Al、Zn等金属燃料电池。其中，金属铝因具有较高的电化学当量、质量能量密度、体积能量密度和较高的电化学活性而成为极具研究前景的金属燃料电池阳极材料之一。目前世界上对铝阳极的研究主要在合金成分，热处理方式，加工方式，以及电解液等几个方面。但是大多数研究都是在室温下工作，在实际使用过程中，面对一些极端环境，例如东北地区的冬季低温情况下，铝空气电池的活性下降，放电功率降低，放电性能以及电化学性能并不稳定。

发明内容

针对低温下铝空气电池放电性能变差，放电不稳定等问题，本发明提供了一种以工业纯铝为熔料的适用于低温的高功率铝空气阳极材料及其制备方法，目的在于改善铝空气阳极板在低温条件下的放电性能以及以工业纯铝为熔料的阳极板自腐蚀严重的问题，并且降低生产成本，绿色环保。

第一方面，本发明提供一种用于低温下的高功率铝空气电池阳极材料，按质量百分比计，包括Mg 0.2％-2.3％、Sn 0.05％-1.5％、Mn 0.3％-0.5％、Bi 0.05％-0.25％，其余为997工业纯铝(Fe 0.157％、Si 0.057％、Cu 0.003％、Zn 0.004％、Ni 0.0052％、Mn0.002％、Ga 0.015％)。

本发明采用997Al-Mg-Sn-Bi-Mn多元合金，其中，Mg在铝基体中固溶度较大，提高基体电极电位，可提高材料在空载时的耐蚀性。Mg元素还可以与工业纯铝中的杂质Si形成Mg₂Si相，从而抑制Si杂质腐蚀过快的问题，也可以提高电极电位。Mn元素可以与工业铝中的杂质铁形成FeMnAl₆从而消除杂质铁的负面影响，降低铝阳极的析氢腐蚀。Bi元素可在阳极表面作为活性位点，从而起到活化阳极的目的，提高放电功率。另外，元素Sn作为铝阳极的添加元素能够降低铝阳极表面的氧化膜电阻。固溶于基体中的Sn溶解在电解液中形成Sn⁴⁺，能够取代表面氧化膜中Al³⁺，产生一个阳离子附加空穴，破坏氧化膜的致密性。此外，Sn具有较高的析氢过电位，能够减小合金的析氢反应，增加铝阳极合金的利用率，Sn元素还能够细化合金晶粒，抑制晶间偏析相的生成，使合金元素均匀分布在基体中，在一定程度上提高阳极利用率。但是过量的Sn元素会以偏析相的形式析出，使合金的耐蚀性下降，腐蚀均匀性下降，甚至导致阳极材料使用时穿孔、断裂等，严重降低电流效率和阳极利用率。997工业纯铝中还含有Ga元素，在熔炼时加入Sn元素后二者可形成低温共熔体，进一步提高了放电的稳定性，同时降低了成本。

第二方面，本发明还提供上述用于低温下的高功率铝空气电池阳极材料的制备方法，包括：将含有Mg、Sn、Mn、Bi以及997工业纯铝的铸锭进行均匀化退火，温度范围在420-650℃，保温时间为1-3h，热处理后铣掉表面氧化皮，用锻造的方式将铸锭锻造成板状，然后进行后处理得到成品。