Al-In-Mg-X阳极合金的组织与电化学性能研究

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金属铝以比能量高、来源丰富等优势成为一种理想的电池阳极材料。但在实际的应用中,作为阳极铝存在电极电位低于理论电压值、活化状态下耐腐蚀性下降等问题,因此改善阳极合金的电化学性能及腐蚀性能的平衡对于电池技术的发展有重要的意义。  本文用 Sn、Mn、Bi和 Si等元素对 Al-In-Mg合金进行微合金化,制得四元合金 Al-In-Mg-Sn/Mn/Bi和五元合金 Al-In-Mg-Mn-xSi( x=0、0.04、0.08、0.12、0.16)。采用开路电位、极化曲线、交流阻抗及扫描电镜等测试方法对合金的组织性能进行了分析研究。另外,通过热处理、引入添加剂等途径对合金的电化学性能及腐蚀性能进行优化。结果显示:  在 Al-In-Mg中添加0.05%Sn后,合金析出相的偏聚减弱,分布更加均匀,析氢速率明显得到抑制,同时仍保持较高的电化学活性。添加0.1% Bi后,合金的电位相对发生负移,开路电位可达-1.736V,合金的腐蚀程度降低,自腐蚀速率减小。Al-In-Mg-0.1%Bi和 Al-In-Mg-0.05%Sn的工作电位分别为-1.59V、-1.53V,综合电化学性能表现较好。0.1%Mn的加入增大了阳极合金的析氢腐蚀,自腐蚀速率较大,电位发生了正移, Al-In-Mg-0.1%Mn的综合性能相对较差。  在四元合金 Al-In-Mg-0.1%Mn的基础上加入(0~0.16%) Si元素。Al-In-Mg-0.1%Mn-0.12%Si表现出较好的综合电化学性能,该合金性能的提高主要是因为硅的加入改善了合金的铸造性能,使合金的组织成分更加均匀。Si添加量为0.12%时开路电位约为-1.79V(vs Hg/HgO),工作电位为-1.553V,在40℃NaOH溶液中的自腐蚀速率为0.26606 mg·cm-2·min-1。  经过固溶处理以后,Al-In-Mg-0.05%Sn和 Al-In-Mg-0.1%Bi阳极合金的组织和电化学均匀性得到了一定程度的改善,腐蚀形貌变得更加均匀,电位发生负移,自腐蚀速率降低。Al-0.1In-0.7Mg-0.05Sn经过510℃×4 h固溶处理,合金在4mol/LNaOH中的开路电位为-1.753 v(vs. Hg/HgO),负移约40mV,腐蚀速率下降约20%。Al-In-Mg-0.1%Bi经过540℃×4 h固溶处理开路电位达-1.763V(vs. Hg/HgO),活性进一步提高。固溶处理结果显示,固溶温度继续升高,合金组织变化不大,且电位有正移趋势,所以固溶温度不宜过高。  与基础电解液 NaOH相比,Al-In-Mg-0.1Bi在4mol/LNaOH+(0~0.04) mol/L Na2SnO3中的开路电位均有不同程度的负移,当Na2SnO3的添加量为0.02mol/L时,合金的开路电位相对最负为-1.80V,负移了约70mV。在0~0.04mol/L范围内,随着 Na2SnO3添加量的增大,Al-In-Mg-0.1Bi腐蚀速率也逐渐降低,晶界腐蚀基本消失,表面腐蚀变得更加均匀,腐蚀性能得到了提高。合金工作电位负移范围在30mV以内。添加剂 C4H4O6KNa可以使 Al-In-Mg-0.05%Sn在电解液中的腐蚀减缓,但对合金的活化几乎没有作用,开路电位在5mV以内发生小幅度的正移。
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