[发明专利]一种碱性铝-空气电池用阳极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碱性铝‑空气电池用阳极材料，该阳极材料由下述重量百分比的成分组成：Zn 0.5‑1.2％，In 0.05‑0.1％，Sn 0.05‑0.1％，杂质含量不超过0.01%，余量为Al。本发明还提供了该阳极材料的制备方法，并用其组装成铝‑空气电池，开路电位达到1.915 V，同时腐蚀电流在1.245×10^‑3 A，在提升铝合金阳极活性的同时，有效缓解铝阳极的析氢腐蚀；同时在10 A的大电流下，该合金成分铝空气电池可于1.1 V稳定放电450分钟以上。

技术领域

本发明属于碱性铝-空气电池技术领域，具体涉及一种碱性铝-空气电池用铝合金阳极材料及其制备方法。

背景技术

铝是地壳中分布最广泛、储量最多的金属元素，约占地壳总质量的8.2%，仅次于氧和硅，比铁（约5.1%）、镁（约2.1%）和钛（约0.6%）的总和还多。铝具有面心点阵结构，无同素异构转变，其因质量轻，强度高，加工容易，无毒无害等特点广泛应用于工业、农业、医药、航空、航天、国防乃至人们的日常生活。

铝-空气电池以铝及铝合金作为金属阳极的一次电池，其高比能量（理论值可达8100 Wh/kg）、长使用寿命（铝合金电极可方便更换）、适应性强、廉价无危害等特点令人十分期待。但是在实际应用过程中主要存在以下两个问题：一是铝空气电池放电时除了原有的铝被氧化成三价铝，还存在寄生反应，即在碱性条件下铝负极和水反应析出氢气：，此副反应不仅会产生大量热量使得电池发热严重，还会析出易燃易爆的氢气，存在一定的安全隐患，因此如何减少铝空气电池阳极的副反应是促进铝空气电池应用与推广的关键因素之一；二是金属铝在大气环境下很容易在其表面生成一层氧化物，表面氧化膜的存在虽然在热力学中有利于防止腐蚀的发生，但同时也会使电池电位正移，即铝阳极的反应活性降低，导致在恒流放电情况下的放电电压不够大，如何提高铝合金阳极反应活性是铝空气电池研究的另一重点。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种碱性铝-空气电池用铝合金阳极材料，不仅可以改善铝负极与水的析氢反应，同时不易在铝表面生成氧化膜，极大的提高了铝合金阳极的反应活性，

本发明还提供了上述碱性铝-空气电池用铝合金阳极材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种碱性铝-空气电池用阳极材料，该阳极材料由下述重量百分比的成分组成：Zn0.5-1.2％，In 0.05-0.1％，Sn 0.05-0.1％，杂质含量不超过0.01%，余量为Al。

一种上述碱性铝-空气电池用阳极材料的制备方法，其包括如下步骤：

1）按比例称取高纯Al块、高纯Zn粒、高纯In粉和高纯Sn粉；

2）熔炼：在惰性气体氛围下，将高纯铝块加热至800-850°C进行熔炼，待完全熔化后保温30-50 min，然后降温至760-780°C并加入剩余原料，搅匀，保温20-40 min获得熔炼液，冷却即得。

进一步优选的，步骤1）中，所述高纯铝块纯度≥99.99%且经过打磨、清洗和烘干预处理；具体为：首先选取4N高纯铝块（纯度≥99.99%），利用砂纸对其表面进行打磨以去除表面脏污，然后通过无水乙醇清洗的方式洗去表面油污，最后将高纯铝块放置60°C烘箱环境下烘干1小时即可。

具体的，步骤1）中，所述高纯Zn粒、高纯In粉和高纯Sn粉的纯度均≥99.99%。

进一步的，步骤2）中，将熔炼液浇铸到预热好的石墨模具中，冷却、凝固成铝锭，然后依据需求通过线切割的方法切割成相应厚度的铝合金阳极板材料。使用前，可以对切割好的铝合金阳极板材料表面进行打磨，去除油污，并用无水乙醇清洗擦拭。

本发明还提供了一种利用上述阳极材料组装制成的碱性铝-空气电池。