[发明专利]一种镁合金及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种镁合金及其制备方法和应用，属于镁空气电池技术领域。本发明提供的镁合金的组成为：Mg‑xSn‑yIn，其中，0.5wt.％≤x≤5wt.％，0.5wt.％≤y≤3wt.％。本发明以镁为基础，在纯镁中添加铟和锡元素，得到Mg‑Sn‑In三元镁合金，铟和锡可以很好地调控镁合金的组织形貌，而Mg‑Sn‑In三元镁合金的组织形貌能够同时引发大量的放电活性位点，而且由锡和铟构成的大量枝晶偏析可以产生电位差，从而保证该镁合金的放电性能。与纯镁相比，所述Mg‑Sn‑In三元镁合金具有更加优异的放电性能，是一个比较理想的镁空气电池阳极材料。

技术领域

本发明涉及镁空气电池技术领域，尤其涉及一种镁合金及其制备方法和应用。

背景技术

镁的金属性质十分活泼，具有很负的电位，其标准电极电位为-2.37V(vs.SCE)。镁极易失去两个电子，表现出活泼的化学性质。当镁作为阳极时，较负的电势可以使电化学反应活性提高，得到更大的放电电流。此外，镁的相对原子质量较小，同时，镁原子反应成为镁离子Mg²⁺时失去两个电子，根据法拉第定律，当有1mol镁氧化时会有2mol的电子转移。所以镁的能量密度十分大，理论上可达2205Ah·kg^-1，这意味着单位质量的镁可以向外界提供更多的电能。镁的理论电化学当量和质量比能量仅比锂、铝低，远高于钙、锌等元素。还有，镁的密度很小，可以在制作电池时减轻重量，达到轻量化处理的效果。因此，镁是化学电源的一种理想的阳极材料，目前已广泛用于各种化学电源中。镁海水激活电池是干态贮存、使用时海水浸湿激活的一种储备电池。最早开发于20世纪40年代，该电池具有较高的能量密度、较长的储存时间以及较好的低温工作性能，主要用来满足军事方面的需求。电源应用在大功率水下设备中，如电动鱼雷、水下救生设备、声纳、探空气球、海洋浮标和应急灯等。

一般，镁阳极必须具备以下几个条件：①拥有较负的开路电位；②能在较负电位下正常工作，即放电产物容易剥落以维持放电活性；③具有较短的激活时间，即短时间内达到稳态；④拥有较高的阳极效率。纯镁作为阳极材料存在自腐蚀、钝化、腐蚀产物不易脱落、放电电位比标准电极电位低等情况，不适合做电池。在实际应用中，通常采用使镁合金化，并对镁合金进行后续处理等方法来提高镁阳极的综合放电性能。目前有许多镁海水激活电池阳极材料，如AZ系(AZ31，AZ63等)，Al和Zn的添加有效地抑制了镁合金的自腐蚀，但同时表面致密的钝化膜也导致AZ系列合金放电时存在较严重的滞后效应，且其电极电位较正，放电活性偏低。Ap65系和Mg-Al-Tl系以及Mg-Hg-Ga等电压大，效率也可接受，但由于其强的毒性而受到限制。此外，还有Mg-Al-Sn系合金被研究，但是仍达不到理想的状态。所以，研制新型镁阳极材料，抑制镁的自腐蚀现象、提高镁材料的利用率(即放电效率)，对于镁阳极材料的应用具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镁合金及其制备方法和应用，所述镁合金利用率高，具有优异的放电性能，能够作为镁空气电池阳极材料。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种镁合金，所述镁合金的组成为：Mg-xSn-yIn，其中，0.5wt.％≤x≤5wt.％，0.5wt.％≤y≤3wt.％。

优选的，1.0wt.％≤x≤3wt.％，1.0wt.％≤y≤2wt.％。

本发明提供了上述技术方案所述的镁合金的制备方法，包括以下步骤：

将纯镁进行熔炼，得到镁熔体；

按照所述镁合金的成分配比，将所述镁熔体与锡粒和铟粒混合，进行浇铸，冷却后得到镁空气电池阳极材料。

优选的，所述纯镁的纯度≥99.99％，所述锡粒的纯度≥99.8％，所述铟粒的纯度≥99.99％。