[发明专利]纳米晶铝材料及其制备方法和应用和一种铝空气燃料电池

说明书

本发明提供了一种纳米晶铝材料的制备方法，属于空气燃料电池领域。本发明对纯铝或铝合金原料进行高压扭转，得到纳米晶铝材料；所述高压扭转的条件包括：转数为3～11转，压强为4～6GPa，扭转速率为1～2转/分钟；所述纯铝或铝合金原料的直径为10～20mm。本发明采用高压扭转技术，改变纯铝或铝合金样品的微观结构为纳米晶结构，减小了晶粒尺寸，细小均匀的晶粒组织从整体上改善了微观组织的均匀性，减少了晶粒之间的电偶腐蚀，因而减小了析氢速率，提高放电效率，大大提高了纳米晶铝材料作为负极材料的质量能量密度。

技术领域

本发明涉及空气燃料电池技术领域，尤其涉及一种纳米晶铝材料及其制备方法和应用和铝空气燃料电池。

背景技术

铝空气燃料电池由催化空气正极、电解质和金属铝合金负极组成，其铝负极理论比能量为8100Wh/kg，目前铝空气燃料电池实际比能量高达650Wh/kg，这一数值远高于其他各种电池。由于铝是地球上丰度最大的金属元素，价格低廉，特别是其化学活性低于锂，易于控制并且有较大的理论比能量；操作简便，使用寿命长，金属铝电极可以机械更换，电池管理简单，电池寿命只取决于氧电极的工作寿命；金属铝电极生产绿色环保，资源丰富，能够实现循环使用。因此，铝空气燃料电池具有低成本、无毒、无污染、放电电压平稳、高比能量的优点，资源丰富、还能再生利用，并且不存在储存问题，是具吸引力的绿色电池之一。

然而，由于铝空气燃料电池在放电过程中铝负极腐蚀会产生氢，这不仅会导致负极材料的过度消耗，而且还会增加电池内部的电学损耗，因而严重阻碍了铝空气燃料电池的商业化应用，并且放电效率不高，不足50％。目前解决该问题的方法主要是将高纯度金属铝中掺杂特定的合金元素以提高金属铝阳极耐腐蚀性，或者在电解质中添加腐蚀抑制剂，防止氢气放出。但效果并不佳，仍然存在析氢速率高的问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种纳米晶铝材料及其制备方法和应用。采用本发明提供的制备方法得到的纳米晶铝材料析氢速率低，放电效率高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种纳米晶铝材料的制备方法，包括以下步骤：

对纯铝或铝合金原料进行高压扭转，得到纳米晶铝材料；

所述高压扭转的条件包括：转数为3～11转，压强为4～6GPa，扭转速率为1～2转/分钟；

所述纯铝或铝合金原料的直径为10～20mm。

优选地，所述高压扭转的转数为7转，压强为4GPa，所述纯铝或铝合金样品的直径为20mm。

优选地，所述铝合金包括铝铟合金、铝铟铋合金、铝铟镓合金或铝铟锌合金。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法得到的纳米晶铝材料，所述纳米晶铝材料的晶粒尺寸为48～150nm。

优选地，所述晶粒尺寸为50～100nm。

优选地，所述晶粒尺寸为70～90nm。

本发明还提供了上述技术方案所述的纳米晶铝材料作为铝空气燃料电池负极的应用。

本发明还提供了一种铝空气燃料电池，包括正极、负极和电解质，上述技术方案所述的纳米晶铝材料为负极。

优选地，所述电解质为氢氧化钾或氢氧化钠水溶液。