[发明专利]一种铝/空气电池用铝合金阳极材料及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种铝/空气电池用铝合金阳极材料及其制备方法，该铝合金阳极材料主要包括以下几种或多种组分：0.1～1.0wt％Mg，0.01～0.9wt％Sn，0.01～0.1wt％Ga，0.01～0.5wt％Li，0.01～0.5wt％B，0.0～0.1wt％Na，0.0～0.1wt％K，0.0～0.1wt％Zr，0.0～2.0wt％RE，余量为Al。本发明的铝合金阳极材料在碱性电解液中耐腐蚀性能优，电化学活性好，析氢腐蚀速率≤0.017mL·cm^‑2·min^‑1，开路电位≤‑1.92V(vs.SCE)，阳极利用率≥95％。该铝合金阳极材料具有综合性能优、制备简单等优势。

技术领域

本发明属于金属/空气燃料电池领域，具体的说特别涉及一种铝/空气电池用铝合金阳极材料及其制备方法。

背景技术

金属/空气燃料电池是以金属为阳极材料，空气为阴极材料的一种新型绿色电池，具有价格低廉，能量密度高，反应产物无污染等优势。金属铝电极电位负(碱性介质-2.35Vvs.SHE)，质量比容量高(2.98Ah·g^-1)，资源丰富，因此铝/空气电池具有良好的应用前景。

铝/空气电池是一种新型高比能量电池，实际比能量可高达300～400Wh·kg^-1。但是金属铝作为阳极存在以下问题：铝表面存在一层氧化膜抑制电化学活性；铝在强碱性溶液中会发生严重的析氢腐蚀，降低阳极利用率。

到目前为止，解决上述问题的主要办法是铝阳极微合金化，通过添加高活性、高析氢过电位元素来提高铝阳极的性能。

已有的铝合金阳极材料主要的合金元素有Mg、Zn、Sn、Ga、Mn、Bi、In、Ca、Zr、Ti、Nb、Hg、Pb、RE等，与铝形成二元或多元合金。目前为止，常用的活化元素主要有Zn、Ga、Sn、Mg、In等，与铝形成的Al-Mg合金、Al-Mg-Ga合金、Al-Mg-Zn-In合金、Al-Mg-Sn-Ga-In合金性能较好。中国专利申请(公开号CN 105140596 A)涉及的铝合金阳极材料，添加元素Zn、Ga、In，所述添加元素百分比为：Zn：0.05-6％、Ga：0.05-4％、In：0.01-2％，该铝合金阳极材料开路电位≤-1.76V(vs.SHE)，自腐蚀速率小于5.12mg·cm^-2·h^-1；中国专利申请(公开号CN106191571 A)涉及的铝合金阳极材料，添加元素Mg、Sn、Ga、RE，所述添加元素百分比为：Mg：0.1-3％、Sn：0.05-1％、Ga：0.01-0.5％、RE：0.02-0.1％，其中实施例1所述的Al-2.6％Mg-0.7％Sn-0.03％Ga-0.04％Ce合金开路电压为-1.864V(vs.Hg/HgO)，析氢速率为0.033mL·cm^-2·min^-1，阳极利用率为94.8％。上述专利中所述的铝合金阳极材料虽然可以活化铝阳极并提高耐腐蚀性能，但在开路电位及腐蚀速率方面仍存在不理想因素。

发明内容

本发明的第一个目的是针对现有铝合金阳极材料存在的问题，提供一种铝/空气电池用铝合金阳极材料。该铝合金阳极材料在4～8mol/L KOH+0.01～0.1mol/L Na₂SnO₃电解液中析氢腐蚀速率≤0.017mL·cm^-2·min^-1，开路电位≤-1.92V(vs.SCE)，阳极利用率≥95％。该铝合金阳极材料添加Mg、Sn、Ga、B、Li、Na、K、Zr、RE金属元素的含量如下：

所述铝合金阳极中Mg的添加范围为：0.1～1.0wt％；

所述铝合金阳极中Sn的添加范围为：0.01～0.9wt％；

所述铝合金阳极中Ga的添加范围为：0.01～0.1wt％；

所述铝合金阳极中B的添加范围为：0.01～0.5wt％；