[发明专利]一种铝合金阳极及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种铝合金阳极及其制备方法与应用，该铝合金阳极，由以下重量分数的金属元素组成：镁0.2％～0.3％、锡0.03％～0.1％、镧0.01％～0.4％、铈0.01％～0.3％、镓0.01％～0.5％和余量为铝。本发明中通过镧元素和铈元素的相互搭配，通过两者之间的相互协同，进一步提升了稀土元素的细化效果，从而减缓了铝合金的自腐蚀，从而提高了阳极利用率。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种铝合金阳极及其制备方法与应用。

背景技术

金属空气电池是以金属铝(或锌)作为阳极，空气中的氧气作为阴极活性物质，碱性或中性水溶液作为电解液，空气中的氧气通过气体扩散电极(阴极)到达气-固-液三相界面与金属发生反应而放出电能。其中铝空气电池具有无毒、无污染、比能量高、价格便宜及能再生利用等优点。

铝空气电池的阳极材料有其独特的优点：(1)电化学当量高，铝的电化学当量为2980A·h/kg，为除锂外最高的金属；(2)电极电位较负，在碱性溶液中其标准电极电位为-2.35V(vs.SHE)，对阳极材料来说，电位越负越好，电池能提供更大的电动势；(3)铝的资源丰富，价格低廉。然而，铝阳极在碱性电解液中能产生大电流，但铝阳极自腐蚀严重，导致阳极利用率极低。

因此，需要开发一种铝合金阳极，该阳极的利用率高。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种铝合金阳极，该阳极的利用率高。

本发明还提供了上述铝合金阳极的制备方法。

本发明还提供了一种铝空气电池。

本发明第一方面提供了一种铝合金阳极，由以下重量分数的金属元素组成：镁0.2％～0.3％、锡0.03％～0.1％、镧0.01％～0.4％、铈0.01％～0.3％、镓0.01％～0.5％和余量为铝。

根据本发明的至少一种实施方式，具备如下有益效果：

镁元素有利于降低铝阳极溶解的阳极极化，提高铝阳极的电流密度，但是镁易与Al反应生成具有阴极特性的中间产物Mg₅Al₁₈，导致晶间腐蚀，降低铝阳极的利用率。

镓元素能阻止铝表面产生钝化膜，改变铝晶粒在溶解过程中存在的各向异性，从而使铝阳极腐蚀均匀，电化学性能也得到改善。镓元素与铝的固溶度很大，腐蚀产生的镓离子由于活性低可以重新被还原生成液态的镓沉积到铝合金表面，与铝基体生成铝镓汞齐，铝镓汞齐可剥离氧化膜及腐蚀产物，裸露基体铝，促进铝合金的活化放电。同时，锡与镓是高析氢过电位元素，可大大降低铝合金的析氢自腐蚀。这些合金化元素的加入量在一定的范围之内，若加入量少，起不到应有的作用，若加入量大，形成大量形状较大的第二相，起不到细化晶粒的作用，反而增大铝合金自腐蚀速率、降低阳极利用率且使腐蚀均匀性变差。

稀土元素是表面活性元素，在结晶过程中，它吸附在晶界表面减少了表面张力，从而降低形核功，使结晶核心聚增，合金组织细化。另一方面，由于稀土金属的原子半径大，很容易填补生长中的铝合金晶粒的表面缺陷，阻碍晶粒继续生长，也使晶粒细化。同时由于稀土在铝溶解度很小，彼此之间交互作用生成多元复杂的金属间化合物，还可使其它合金元素的分布更为均匀。

本发明中通过镧元素和铈元素的相互搭配，通过两者之间的相互协同，进一步提升了稀土元素的细化效果，从而减缓了铝合金的自腐蚀，从而提高了阳极利用率。

通过添加适量镁、锡和镓，特别是稀土元素，对铝进行合金化可明显提高合金的阳极利用率、降低自腐蚀速率，还改善了合金表面的腐蚀均匀性。

根据本发明的一些实施方式，所述铝合金阳极中锡元素的质量分数为0.03％～0.08％。

根据本发明的一些实施方式，所述铝合金阳极中锡元素的质量分数为0.03％～0.05％。