[发明专利]一种铝空气电池用阳极材料及其制备方法

说明书

一种铝空气电池用阳极材料及其制备方法，阳极材料由以下质量百分比的成分组成：Ga 0.1～0.2%，Pb 0.05～0.15%，Bi 0.01～0.05%，Ti 0.005～0.015%，B 0.001～0.003%，Fe≤0.003%，Si≤0.003%，Cu≤0.005%，余量为Al和不可避免的其它杂质。其制备方法是：熔化配制铝合金液、炉内喷吹精炼、在线晶粒细化、在线除气过滤、超声搅拌半连续铸造、铸锭均匀化、加热与挤压。本发明通过优化阳极材料的成分组成及其制备工艺，提高材料的洁净度和组织成分均匀性，破坏氧化膜的致密性和连续性，提高材料的电化学活性，减缓析氢自腐蚀速率。本发明铝空气电池用阳极材料具有电化学活性高、析氢自腐蚀速率低和材料利用率高的优点。

技术领域

本发明属于铝空气电池技术领域，具体是涉及一种铝空气电池用阳极材料及其制备方法。

背景技术

金属空气电池也称金属燃料电池，是以金属作为阳极，空气中的氧气作为阴极活性物质，碱性或中性水溶液作为电解液，空气中的氧气通过气体扩散电极与阳极金属发生反应而放出电能的电池。金属空气电池有铝空气电池、锂空气电池、锌空气电池和镁空气电池等。金属空气电池作为一种新型高能化学电源，被世界各国普遍看好，被誉为21世纪的绿色能源。

铝是一种高密度能量载体，一个铝原子可以放出三个电子，铝的理论能量密度为8.2W·h/g，在常见金属中仅次于锂的13.3W·h/g，因此，铝作为金属空气电池的阳极材料有其独特的优点：电化学当量高，铝的电化学当量为2980A·h/kg，是除锂外最高的金属；电极电位较负，铝在中性溶液的标准电极电位为-1.66V，在碱性溶液的标准电极电位为-2.35V，对金属空气电池来说，阳极材料的电位越负越好，电池能提供更大的电动势；铝的资源丰富，价格低廉。

铝空气电池虽然在理论上具有能量密度高、绿色无污染、放电寿命长等优点，但目前并没有得到大规模的工业应用，原因是铝空气电池还存在以下问题：铝和氧之间有很强的亲和力，在水溶液中极易钝化，表面覆盖一层稳定致密的Al₂O₃氧化膜，使铝在中性溶液中的电位达不到其理论上的电极电位，难以满足对电压的要求；铝在中性溶液特别是碱性溶液中自腐蚀析氢很严重，造成铝作为阳极材料的利用率大大降低，且放电时有电压滞后现象。

为了改善铝空气电池用铝阳极材料的电化学活性，减缓析氢自腐蚀，提高材料利用率，现有技术通常是在铝基础上添加某些能破坏氧化膜、降低氧化膜电阻或者能降低自腐蚀速率的高析氢过电位元素，如稼、铟、锡、汞等，形成铝合金阳极材料。但是，稼、铟、锡、汞等元素的密度较大且在铝中固溶度较低，这些元素在铝中容易偏析，使这些元素的作用难以得到充分的发挥，限制了阳极材料电化学活性的提高，导致析氢自腐蚀仍然较为严重，材料利用率仍然较低。因此，现有铝空气电池用阳极材料及其制备方法仍有待改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种电化学活性高、自腐蚀速率低的铝空气电池用阳极材料及其制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述的铝空气电池用阳极材料，其特点是由以下质量百分比的成分组成：Ga 0.1～0.2%，Pb 0.05～0.15%，Bi 0.01～0.05%，Ti 0.005～0.015%，B 0.001～0.003%，Fe≤0.003%，Si≤0.003%，Cu≤0.005%，余量为Al和不可避免的其它杂质，其它杂质单个含量≤0.002%。

本发明所述铝空气电池用阳极材料的制备方法，其特点是包括以下步骤：

第一步：选用Al-5Ti-1B合金杆、纯度≥99.99%的铝锭、纯度≥99.99%的金属镓、纯度≥99.99%的金属铅和纯度≥99.99%的金属铋为原材料；