[发明专利]一种碱性铝-空气电池用含钙铝合金阳极材料及制备方法

说明书

本发明提供一种碱性铝‑空气电池用含钙铝合金阳极材料及制备方法，按质量百分比，所述含钙铝合金阳极材料由下述成分组成：Ca：0.01～1.0％，Sn：0～1.0％，Bi：0～1.0％，杂质含量≤0.30％，余量为Al；所述含钙铝合金阳极材料经熔炼、除气、扒渣、浇注、均匀化退火、轧制，固溶后制得。本发明所述阳极材料采用工业纯铝为原料，不含贵重的In、Ga等元素，不含对环境有害的Pb、Hg等元素，含有可以细化晶粒，改善阳极电化学性能的钙，降低了生产成本的同时，保持了阳极活性；合金元素Sn具有较高的氢过电位，可抑制析氢腐蚀，增加合金有效利用率，合金元素Bi可以降低铝合金表面的钝化性能并且提高阳极利用率，Bi还可以减少阳极微观结构的不均匀性，提高电流效率。

技术领域

本发明涉及金属空气电池领域，具体为一种碱性铝-空气电池用含钙铝合金阳极材料及制备方法。

背景技术

近年来，对金属-空气电池的研究逐渐成为一个热门话题，这归因于其理论能量密度和比电容极高，其放电过程对负载和温度的依赖性不强，并且制造成本低廉，具有可回收性和环境友好性。金属-空气电池是以金属为阳极、空气中的氧气为阴极，并采用中性或碱性电解液为介质的半燃料电池。其放电原理是金属阳极失去电子而获得电能。

目前，金属空气电池包含锂-空气电池、铝-空气电池、镁-空气电池以及锌-空气电池等。其中，铝-空气电池具有的理论能量密度是8.1kWh·kg^-1，仅次于锂-空气电池(13.0kWh·kg^-1)，高于镁-空气电池(6.8kWh·kg^-1)和锌-空气电池(1.3kWh·kg^-1)。此外，铝阳极具有资源丰富、制造成本低、易于加工成型、无毒、高回收性等优点。而锂阳极的成本较高，并且由于其热不稳定性，容易造成安全隐患。因此，铝-空气电池有望成为可持续的，廉价的和高能量密度的电化学存储设备。碱性铝-空气电池可提供更高更稳定的工作电位。然而，纯铝阳极在碱性电解质发生严重的析氢腐蚀，降低了阳极的放电效率低，并且放电时有电压滞后现象，因此纯铝不能直接做阳极材料。近些年来发现，通过向纯铝中添加合金元素或向电解液中添加缓蚀剂可很大程度的提高阳极材料放电性能。目前已有很多专利和文献报道，向纯铝中添加Ga、Sn、Mg、Zn、In、Hg、Pb等合金元素以改善铝阳极电化学性能。通过添加合金元素的方式获得很多性能较好的阳极，如Al-Ga-Mg、Al-In-Zn、Al-Zn-Hg、Al-In-Mg、Al-In-Sn、Al-Mg-Ga-Sn-Pb、Al-Ga-Sn-Mg-Mn(授权公告号：CN102820472B)、Al-In-Ga-Zn(授权公告号：CN105140596B)等一系列合金，但其成分中含有贵重In、Ga等元素，导致生产成本过高；此外，Hg、Pb对生态环境危害较大。因此寻求一类成本低，环境友好型，且具有良好的放电活性和较低自腐蚀速率的阳极材料，具有重大意义。

发明内容

本发明的技术任务是提出一种具有良好放电特征、低成本、环境友好型的碱性铝-空气电池用阳极材料及其制备方法。

本发明一方面提供一种碱性铝-空气电池用含钙铝合金阳极材料，按质量百分比，所述含钙铝合金阳极材料由下述成分组成：Ca：0.01～1.00％，Sn：0～1.00％，Bi：0～1.00％，杂质含量≤0.30％，余量为Al。

进一步地，按质量百分比，所述含钙铝合金阳极材料由下述成分组成：Ca：0.01～1.00％，Sn：0.01～1.00％，杂质含量≤0.30％，余量为Al。

进一步地，按质量百分比，所述含钙铝合金阳极材料由下述成分组成：Ca：0.01～1.00％，Bi：0.01～1.00％，杂质含量≤0.30％，余量为Al。

进一步地，按质量百分比，所述含钙铝合金阳极材料由下述成分组成：Ca：0.01～1.00％，Sn：0.01～1.00％，Bi：0.01～1.00％，杂质含量≤0.30％，余量为Al。