鋁合金負(fù)極材料組織與電化學(xué)性能研究.pdf

1、本文首先介紹了鋁作為負(fù)極材料的優(yōu)良特性及其存在的問題，并概述了鋁電池的研究進(jìn)展。實(shí)驗(yàn)通過排水法測定材料的自腐蝕速率，用LK3200電化學(xué)工作站測試材料的恒電流極化曲線、塔菲爾曲線等研究了鋁合金的電化學(xué)性能;用Sirion200環(huán)境掃描電子顯微鏡觀察材料的表面腐蝕形貌，用Polyvar-MET金相顯微鏡觀察材料的顯微組織，用Gensis60能譜儀來分析鋁合金負(fù)極材料的表面腐蝕產(chǎn)物。
　　 本論文研究了合金化元素Ga、Sn、Pb、C

2、a、Ba和Li對Al-Me二元合金材料腐蝕速率和電化學(xué)性能的影響;利用正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了Al-Sn-Ga-Pb合金成分;研究了不同熱處理工藝對所優(yōu)化的Al-Sn-Ga-Pb-X鋁合金負(fù)極材料的組織與腐蝕速率和電化學(xué)性能的影響;研究了Al-Sn-Ga-Pb-X鋁合金負(fù)極材料的溶解活化機(jī)理，得出了如下結(jié)論:
　　 (1)Al-Me(Ga、Sn、Pb、Ca、Ba、Li)二元合金，在50℃4.5mol/LNaOH+15g/LNa2SnO3的

3、介質(zhì)中，對析氫速率的影響排序?yàn)?Ga＞Li＞Ba，Ca，Pb＞Sn;對穩(wěn)定電極電位的影響排序?yàn)?Ga＞Sn＞Pb＞＞Ca，Ba＞Li。對鋁合金負(fù)極材料來講，電極電位越負(fù)越好，析氫速率越小越好。并以此為依據(jù)選擇了Ga、Sn、Pb三種元素進(jìn)行多元鋁合金負(fù)極材料的正交優(yōu)化。
　　 (2)通過正交實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，得出:在4.5mol/LNaOH+15g/LNa2SnO3的介質(zhì)中，當(dāng)反應(yīng)溫度為50℃，放電電流密度為50mA/cm2時(shí)，對材料穩(wěn)

4、定電位影響最大的是Sn，其次是Pb，再次是Ga。在50℃4.5mol/L NaOH+15g/LNa2SnO3的介質(zhì)中反應(yīng)時(shí)，對材料析氫速率影響最大的是Pb，其次是Sn，再次是Ga。綜合分析后得出最優(yōu)組分是Al-0.05Sn-0.02Ga-0.1Pb，其析氫速率為0.062 mL/min·cm2，穩(wěn)定電極電位為-1.61V。
　　 (3)材料成分不同熱處理工藝對Al-Sn-Ga-Pb-X鋁合金負(fù)極材料在4.5mol/LNaOH+1

5、5g/LNa2SnO3的介質(zhì)中的性能的影響程度不同。
　　 在回復(fù)退火階段(200℃-2h，5h，10h)，隨著亞晶粒在纖維組織中的增多，Al-Sn-Ga-Pb-X鋁合金負(fù)極材料自腐蝕析氫速率變化不大，約為0.065mL/min·cm2，穩(wěn)定電極電位為-1.65V;但當(dāng)亞晶粒增多至基體組織內(nèi)全部為細(xì)小晶粒后，應(yīng)力完全消除，析氫自己腐蝕速率降低至0.063mL/min·cm2，穩(wěn)定電極電位變化不大，約為-1.67V;
　　

6、 在再結(jié)晶階段(250℃-2h，5h，10h;300℃-2h，5h)，隨著晶粒尺寸的變大，鋁合金負(fù)極材料的析氫速率有所增大。即在整個(gè)動(dòng)態(tài)熱處理的過程中，鋁合金負(fù)極材料的析氫速率先減小后增大，并在再結(jié)晶退火至一定階段，基體組織由眾多的細(xì)小晶粒構(gòu)成時(shí)，鋁合金負(fù)極材料的析氫速率最低，約為0.03mL/min·cm2，穩(wěn)定電極電位稍有正移，約為-1.62V。
　　 在晶粒長大階段(300-10h)，隨退火溫度的升高、時(shí)間的延長，鋁合金負(fù)

7、極材料的析氫速率增大，約為0.096mL/min·cm2，穩(wěn)定電極電位正移，約為-1.58V。
　　 因此，經(jīng)過綜合考慮鋁合金負(fù)極材料的腐蝕性能及電化學(xué)性能，得出最佳的退火溫度為250℃，最佳的退火時(shí)間為5h～10h。
　　 (4)通過對Al-Sn-Ga-Pb-X鋁合金負(fù)極材料溶解活化機(jī)理的研究，得出Al在4.5mol/L NaOH+15g/L Na2SnO3介質(zhì)中溶解時(shí)，高析氫過電位的元素(Sn、Pb)在鋁表面富集和合