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电解质组成对铝合金阳极功能的影响
电解质组成对铝合金阳极功能的影响

发布时间:2024-02-21 作者: 异型材系列

  金属铝资源丰富、密度小、比能量高且价格低,是埋想的刚极资料。表1为一些常见动力电池体系及其负极资料比容量参数,其间铝作为阳极资料的质量比能量为2.98 Ah/g,仪次于锂,但其体积比容量为8.10 Ah/cm3,约为锂的4倍。以铝为阳极的Al-AgO电池理论比能量为1090 Wh/kg,现在已使用于水下推动体系动力源、应急动力及野外工作动力等,未来可望能开发用于电动汽车用电源。但铝在碱性条件下的较严峻极化、析氢速率大等缺点,约束了铝电池的使用。为进步铝合金阳极功能,一方面在铝中添加微量合金化元素损坏其钝化膜的结构,削减阳极极化和下降其腐蚀速率;另一方面通常在中参加缓蚀剂,如Na2SnO3、K2MnO4、柠檬酸钠、邻胺基苯酚等。本试验研讨了Na2SnO3、In(OH)3及Na2SnO3+In(OH)3的混合物对铝刚极功能的影响。

  称取定量的合金元素,用铝箔包好备用。将高纯铝锭(99.999%)参加电阻炉中,升温至750℃直到铝锭彻底熔化,参加合金元素,拌和除气扒渣后静置,浇铸成扁锭状。

  铸锭经退火,刨面,冷轧成0.5 mm厚薄板,去应力退火后裁剪成各种规格的板状样备用。

  将铝合金负极薄板制成面积为1 cm2待测电极,以石墨作辅佐电极,面积为4.0 cm2;参比电极为Hg/HgO(1 mol/LNaOH),用Solartron SI 1287型电化学归纳测验仪测验资料在恒电流和动电位极化下电极电位和腐蚀电流密度,用排水法测验了资料的析氢速率,介质温度均为25℃。

  取腐蚀后的铝合金阳极试样在Sirion200场发射扫描电镜上调查外表腐蚀描摹,Gensis60能谱仪剖析外表产品成分。

  图4和图5为铝阳极在4mol/L NaOH+3 mol/L NaAlO2+In(OH)3介质中析氢速度和腐蚀描摹及能谱。从图4可看出,铝阳极在未添加In(OH),碱性介质中的析氢速度较大,为0.21 mL/cm2?min;In(OH)3的参加使其析氢速率一会儿就下降,但当In(OH)3添加量到达0.003 mol/L时,铝阳极析氢速率随In(OH)3浓度添加简直不变,约为0.03 mL/cm2?min。从图5可见,在含In(OH)3的碱性介质中铝基体外表堆积了一层金属In的不规则颗粒状掩盖物。

  图9为铝阳极在不同介质中的Tafel曲线为铝阳极在不同介质中的自腐蚀电位和腐蚀电流。由图9(a)和表2可得出,铝阳极在介质2、3和4中自腐蚀电位别离为-1.70、-1.69 V和-1.63 V,比较于在介质1中的-1.88 V显着正移;由表2可知,铝阳极存介质2、3及4中腐蚀电流别离为0.002 903、0.006 21 A/cm2及0.000 735A/cm2,比较于在介质1中的0.058 203 A/cm2显着减小,其间在介质4中的腐蚀电流(Jcorr=0.000 735 A/cm2)和存介质1(Jcorr=0.058 203 A/cm2)中比较差两个数量级。由上述可知,Na2SnO3、In(OH)3及Na2SnO3+In(OH)3在4 mol/L NaOH+3mol/L NaAlO2电解质中使铝合金阳极自腐蚀电位显着正移,腐蚀电流明最减小,减小了析氢速率,进步了铝合金阳极库仑功率。

  图9(b)中铝阳极在不同介质中恒电流(50 mA/cm2)放电200 s后到达的安稳电位别离为-1.59、-1.48、-1.55 V和-1.47 v;在介质2、3及4中安稳电位较介质1别离正移0.11、0.04 V及0.12 V,可得山Na2SnO3使铝阳极在介质1中安稳放电电位稍有正移,而In(OH)3及Na2SnO3+In(OH)3使其显着正移;从图9(b)中曲线中存在电压滞后现象,由曲线+In(OH)3显着改进了铝合金阳极放电过程中的电压滞后现象。

  铝在碱性介质中,发生Al+4 OHAlO2-+2 H2O+3 e反响的一起,因为铝基体中存在微量电极电位较高活性较差的Fe、Si等杂质,这些杂质与铝或合金元素构成金属化合物在晶内或许晶界分出,相对铝呈阴极相,与铝构成微腐蚀电池,在阴极相杂质上发生氢去极化反响(2 H++2 eH2)发生H2,发生原电池腐蚀,导致其在碱性介质中尤其是高温条件下的腐蚀速率大,利用率低。

  碱性介质条件下,Na2SnO3和In(OH)3可以被铝基体复原成为单质金属掩盖在其外表,不只损坏了铝外表的细密钝化膜使得铝阳极能在很负的电位下顺畅放电,削减了铝阳极外表与电解质的自腐蚀反响。并且因为Sn和In的析氢过电位较铝高,依据Tafel规律=a+b logJ,当电流密度J一守时,值首要依据系数a和b的值,a为金属在电解液中的过电位,b由电解液的性质和温度决议,Sn和In电极反响动力学参数见表3。所以碱性介质中,Na2SnO3和In(OH)3复原成为单质金属Sn或In掩盖在铝阳极外表,进步了铝阳极析氡过电位,使铝合金阳极自腐蚀电位正移,增大了铝的电化学腐蚀中的阴极极化,按捺了氢去极化反响,减小了自腐蚀速率,进步了铝阳极的电流功率。

  In(OH)3在碱性条件下以InO2-方式存在,从式(1)和式(2)可以精确的看出,InO2-规范复原电位(E0=0.146 V)比SnO32-(E0=-1.750 V)正,在碱性条件下InO2-被复原成为In要比SnO32-复原为Sn先堆积于铝阳极基体外表,从表3的Sn和In电极反响动力学参数能得出,In的析氢过电位要大于Sn,进步了铝阳极极化,使氢去极化反响(2 H++2 eH2)变得更困难。在碱性条件下,In(OH)3对铝合金阳极的缓蚀作用要优于Na2SnO3,在参加Na2SnO3+In(OH)3混合添加剂后,两者在碱性条件下一起堆积,在铝阳极基体标明发生Sn和In共堆积金属层,构成的金属层也具有较高析氢过电位,能按捺氧去极化反响,减小铝阳极自腐蚀速度。

  在碱性电解质中,缓蚀剂Na2SnO3、In(OH)3及Na2SnO3+In(OH)3复合物在铝基体外表能被复原为单质Sn、In及Sn和In共堆积合金并掩盖在基上,改变了铝阳极在放电过程中外表腐蚀描摹,使铝阳极极化加大,导致铝阳极恒电流极化时的安稳电位变正。

  在碱性介质中:(1)Na2SnO3、In(OH)3和Na2SnO3+In(OH)3可在铝基体外表复原成为单质金属层掩盖在其外表,减小了铝阳极自腐蚀速率,进步了利用率。(2)Na2SnO3、In(OH)3和Na2SnO3+In(OH)3使铝阳极自腐蚀电位正移,腐蚀电流减小,按捺铝合金阳极自腐蚀反响;能显着改进铝阳极放电过程中的电压滞后现象,Na2SnO3使铝阳极恒电流放电时安稳电位稍有正移,In(OH)3和Na2SnO3+In(OH)3使铝阳极恒电流放电时安稳电位显着正移。