海水激活电池Mg-Al-Sn合金阳极材料电化学性能研究
镁电极材料具有成本低、无毒、无污染、放电电压平稳、高比能量、高比功率、资源丰富、可再生等诸多优点，受到人们的普遍关注。但是一直未得到广泛的应用，其中一个主要原因是镁在电解液中极化、腐蚀等情况严重，使其无法达到应用的标准，难以满足使用要求。因此，研究高活性的合金元素对镁合金阳极材料的活化作用，研究第二相、合金成分和显微组织对镁合金阳极材料性能的影响，具有重要的理论意义和实用价值。
通过已有镁合金阳极材料的研究，本论文设计了一种不含有毒有害元素的海水激活电池用镁合金阳极材料—Mg-Al-Sn系列镁合金。通过设计5种不同成分的Mg-Al-Sn系列合金，考察添加不同合金元素含量对镁合金阳极材料自腐蚀性能和电化学活性的影响。首先是通过析氢腐蚀、恒电流电位、动电位极化、交流阻抗等方法研究Mg-6％Al-1％Sn、Mg-6％Al-2.5％Sn、Mg-6％Al-5％Sn、Mg-6％Al-7.5％Sn和Mg-6％Al-10％Sn这5种镁合金阳极在人造海水介质中的自腐蚀情况和电化学行为，考察他们作为镁电池阳极材料的性能。析氢实验结果表明Mg-6％Al-1％Sn具有较活泼的自腐蚀性能;动电位极化测试结果表明，Mg-6％Al-1％Sn的腐蚀电流密度较其他四种合金比相对较大;恒电流电位表明Mg-6％Al-1％Sn的电化学活性优于其他四种成分的Mg-Al-Sn合金，表现为阳极极化小，开路电位较负;交流阻抗结果表明Mg-6％Al-1％Sn具有最小的电荷转移电阻Rct。与此同时探讨了Mg-Al-Sn系合金在人造海水介质中发生电化学反应时，第二相粒子Mg2Sn会在镁基体和氧化膜之间形成活化点，从而增强了合金的电化学活性。
通过已有的Mg-Al-Sn系合金阳极材料的研究，本论文进一步选取了Mg-Al-Sn系合金中电化学活性较好的Mg-6％Al-1％Sn合金，与已经作为军用阳极材料的AP65合金和非电池用镁合金AZ31合金进行对比试验。研究发现，在人造海水介质中Mg-6％Al-1％Sn的自腐蚀活性、电化学活性均要优于合金AP65和AZ31;同时在动电位极化试验中合金Mg-6％Al-1％Sn、AP65、AZ31的腐蚀电流密度也依次减小，且其稳定性也依次降低;在交流阻抗谱实验中，测得合金Mg-6％Al-1％Sn具有最小的电荷转移电阻。
综合Mg-Al-Sn系列阳极合金的自腐蚀性能、电化学性能以及选取最佳合金阳极样品与合金AP65、AZ31的对比试验，得到Mg-Al-Sn系镁合金中最适合作为电池负极材料开发的合金成分为:Mg-6％Al-1％Sn。
镁合金;海水激活电池;阳极材料;电化学性能;显微组织;交流阻抗谱
中南大学
硕士
材料学
余琨
2012
中文
TG146.22;TM910.3
63
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）