本發(fā)明涉及鋁空氣電池，更具體地，涉及一種鋁空氣電池用鋁陽極板材料及其制備方法和應用。

背景技術：

1、能源是人類社會發(fā)展的基礎，要提高人類未來的生活質量，需要更多的能源。但是基于目前的能源結構，隨著能源消耗增加而日益增加的二氧化碳排放，已成為環(huán)境不可承受之重。由于溫室效應的影響，近年來極端天氣愈發(fā)頻繁，已經嚴重威脅到人類的生活，因此保護環(huán)境刻不容緩。

2、金屬-空氣電池因為環(huán)境友好、具有較高能量密度而日益受到關注，在眾多金屬中鋁具有僅次于鋰(3.86ah/g)的較高電化學當量值(2.98ah/g)，且相對于金屬鋰，鋁具有來源廣泛、儲量豐富、價格低廉、易于加工、無毒、高回收性等優(yōu)點，因而成為非常有吸引力的陽極材料。但是要實現(xiàn)鋁-空氣電池的商業(yè)化應用，在鋁陽極材料方面存在兩大阻礙：一是在鋁陽極表面會自發(fā)生成一層保護性的鈍化膜，抑制了電化學活性，使其在電解液中的放電電壓遠低于理論電壓；二是在水性電解液中鋁陽極會發(fā)生嚴重的析氫自腐蝕，導致參與放電的鋁減少，降低了陽極利用率。這兩方面影響了鋁陽極能量密度，使實際應用中的鋁陽極的能量密度遠低于理論能量密度(8.14wh/g)。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種鋁空氣電池用鋁陽極板材料，以解決現(xiàn)有技術中鋁陽極材料在堿性電解液中的嚴重自腐蝕和陽極極化的問題，本發(fā)明中通過微量合金元素的添加，可有效抑制析氫腐蝕，提高陽極利用率和鋁陽極的能量密度。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：

3、一種鋁空氣電池用鋁陽極板材料，以質量百分含量計，由以下元素組成：mg：0.1～2％，in：0.03～0.2％，ca：0.02～0.15％，余量為al。

4、進一步地，所述鋁空氣電池用鋁陽極板材料，以質量百分含量計，由以下元素組成：mg：0.3～1％，in：0.06～0.15％，ca：0.02～0.12％，余量為al。

5、本發(fā)明中，通過在鋁陽極板材料中復合添加金屬mg、in、ca，各金屬之間相互協(xié)同，有效提高了鋁陽極的耐腐蝕性和放電性能。

6、本發(fā)明的目的還在于提供了上述鋁空氣電池用鋁陽極板材料的制備方法，包括以下步驟：

7、1)將金屬鋁加熱融化得到熔融鋁；

8、2)向所述熔融鋁中加入金屬鎂、鋁鈣中間合金，得到混合溶液a；

9、3)使用高純氬氣對混合溶液a進行除氫處理；

10、4)向除氫后的混合溶液a中加入金屬銦，得到混合溶液b；

11、5)將所得混合溶液b在模具中澆鑄成鑄坯，去除表面氧化皮后軋制成鋁板，即得。

12、進一步地，步驟1)中，所述加熱融化的溫度為720℃～760℃。

13、進一步地，步驟2)中，所述鋁鈣中間合金中，鈣的質量百分數(shù)為5～15％。

14、進一步地，步驟3)中，所述除氫處理的時間為3～10min。

15、進一步地，步驟2)中，得到混合溶液a后，還包括保溫處理，保溫時間為5～15min；步驟4)中，得到混合溶液b后，還包括保溫處理，保溫時間為5～15min。

16、進一步地，步驟5)中，所述鋁板的厚度為2～3mm。

17、進一步地，步驟1)中的金屬鋁、步驟2)中金屬鎂、以及步驟4)中金屬銦的純度均為99.99％。

18、本發(fā)明的目的還在于提供上述鋁空氣電池用鋁陽極板材料在制備鋁空氣電池中的應用。

19、本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點：

20、(1)本發(fā)明中，鎂元素的電化學活性高于鋁，含鎂的第二相分布在鋁基體中作為陽極優(yōu)先溶解，第二相的溶解導致鋁基體裸露，進而促進鋁合金的活性溶解；另外，mg還能跟鋁合金中的雜質si結合生成mg2si相，其與鋁基體的電位值非常接近，這可以在一定程度上降低雜質si的不利影響；

21、銦元素能通過溶解-再沉積的方式活化鋁合金，固溶在鋁基體中的銦溶解后，通過置換反應形成金屬銦富集在合金基體和表面氧化膜之間，對氧化膜起到機械隔離作用，使al2o3容易從陽極表面脫落并促進陽極的表面活性溶解；同時，銦還是高析氫過電位元素，適量添加能夠抑制鋁基體的析氫自腐蝕；

22、鈣元素能夠細化鋁合金晶粒尺寸和枝晶結構產生更多的晶界，在活性環(huán)境中更多的晶界提供更多的反應位點，促進鋁陽極的活性溶解。此外，ca2+與oh-有很強結合力，能夠形成一層保護膜覆蓋在陽極表面，抑制析氫腐蝕的發(fā)生；

23、本發(fā)明中，通過mg、in、ca的復合添加，及其相互間的協(xié)同作用提升了鋁陽極的耐腐蝕性和放電性能；

24、(2)本發(fā)明的整體制備方法中省略了現(xiàn)有技術中常規(guī)的熱處理步驟，簡化了制備方法，同時還保障了鋁陽極板的性能。

技術特征：

1.一種鋁空氣電池用鋁陽極板材料，其特征在于，以質量百分含量計，由以下元素組成：mg：0.1～2％，in：0.03～0.2％，ca：0.02～0.15％，余量為al。

2.根據(jù)權利要求1所述的鋁空氣電池用鋁陽極板材料，其特征在于，以質量百分含量計，由以下元素組成：mg：0.3～1％，in：0.06～0.15％，ca：0.02～0.12％，余量為al。

3.權利要求1或2任一所述鋁空氣電池用鋁陽極板材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.根據(jù)權利要求3所述的鋁空氣電池用鋁陽極板材料的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述加熱融化的溫度為720℃～760℃。

5.根據(jù)權利要求3所述的鋁空氣電池用鋁陽極板材料的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述鋁鈣中間合金中，鈣的質量百分數(shù)為5～15％。

6.根據(jù)權利要求3所述的鋁空氣電池用鋁陽極板材料的制備方法，其特征在于，步驟3)中，所述除氫處理的時間為3～10min。

7.根據(jù)權利要求3所述的鋁空氣電池用鋁陽極板材料的制備方法，其特征在于，步驟2)中，得到混合溶液a后，還包括保溫處理，保溫時間為5～15min；步驟4)中，得到混合溶液b后，還包括保溫處理，保溫時間為5～15min。

8.根據(jù)權利要求3所述的鋁空氣電池用鋁陽極板材料的制備方法，其特征在于，步驟5)中，所述鋁板的厚度為2～3mm。

9.根據(jù)權利要求3所述的鋁空氣電池用鋁陽極板材料的制備方法，其特征在于，步驟1)中的金屬鋁、步驟2)中金屬鎂、以及步驟4)中金屬銦的純度均為99.99％。

10.權利要求1所述的鋁空氣電池用鋁陽極板材料在制備鋁空氣電池中的應用。

技術總結
本發(fā)明公開的一種鋁空氣電池用鋁陽極板材料及其制備方法和應用，涉及鋁空氣電池技術領域；所述鋁陽極板材料以質量百分含量計，由以下元素組成：Mg：0.1～2％，In：0.03～0.2％，Ca：0.02～0.15％，余量為Al；本發(fā)明中通過微量合金元素的復合添加，可有效抑制析氫腐蝕，提高陽極利用率和鋁陽極的能量密度。

技術研發(fā)人員：王朝陽,孔敏,翟兆巖,劉保銀,張艷娜,李榮榮
受保護的技術使用者：鄭州佛光發(fā)電設備股份有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/9/9