鎂負極微觀結(jié)構(gòu)和含氧陰離子緩蝕劑對鎂空氣電池性能的影響.pdf

1、能源是保障人類生存和社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，然而在過去的一百多年里，煤、石油以及天然氣等傳統(tǒng)能源被大量消耗，能源危機已經(jīng)成為世界各國不可回避的問題。同時傳統(tǒng)能源的使用還造成了嚴重的環(huán)境污染，因此開發(fā)新型綠色能源迫在眉睫。金屬空氣電池具有成本低、無毒、無污染、理論電壓和比能量密度高等優(yōu)點，是傳統(tǒng)能源的理想替代品。鎂是地球上儲量居第八位的元素，具有密度低（1.74gmL-1）、化學性質(zhì)活潑以及電化學當量高（2.20Ah g-1）等優(yōu)點，是金

2、屬空氣電池的理想負極材料。但由于其活潑的電化學性質(zhì)，鎂合金在中性鹽電解液中極易被腐蝕，導致鎂空氣電池陽極效率很低。另一方面，鎂空氣電池在放電過程中，鎂負極表面會產(chǎn)生一層主要成分為氫氧化鎂的放電產(chǎn)物膜，電池在間歇放電時會產(chǎn)生嚴重的電壓滯后現(xiàn)象。
　　本論文通過極化曲線、阻抗曲線（EIS）以及析氫實驗等測試方法研究了微觀結(jié)構(gòu)和含氧陰離子緩蝕劑對鎂合金電化學性能的影響，通過連續(xù)放電測試和間歇放電測試等測試方法研究了鎂負極微觀結(jié)構(gòu)和含氧陰

3、離子緩蝕劑作為電解液添加劑對鎂空氣電池放電性能的影響，通過掃描電子顯微鏡（SEM）、激光共聚焦掃描顯微鏡（LSCM）和能譜儀（EDS）研究了鎂負極表面放電產(chǎn)物的形貌及成分。主要研究內(nèi)容如下：
　?、偻ㄟ^預壓縮變形及隨后的退火處理制備了不同孿晶含量的AZ31鎂合金，并研究了以這些鎂合金為負極材料的鎂空氣電池的性能。隨孿晶含量的增加，AZ31鎂合金電化學活性逐漸增強，鎂空氣電池平均放電電壓逐漸變高，電壓滯后時間逐漸變短。
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4、研究了織構(gòu)對鎂合金耐腐蝕性能以及鎂空氣電池放電性能的影響。當合金表面狀態(tài)為機械打磨時，AZ31鎂合金TD-ND面比RD-TD面具有更好的耐腐蝕性能，基于TD-ND面鎂負極的鎂空氣電池具有更高的陽極效率。
　?、弁ㄟ^冷軋變形和隨后的退火工藝獲得了不同晶粒尺寸的AZ31鎂合金板材，并研究了以這些合金為負極材料的鎂空氣電池的性能。隨晶粒尺寸的減小，AZ31鎂合金電化學活性和耐腐蝕性能逐漸變好，鎂空氣電池陽極效率和放電電壓逐漸增高。

5、>　?、?Li2CrO4可以有效改善AZ31鎂合金在3.5wt％NaCl溶液中的耐腐蝕性能，AZ31鎂合金在3.5 wt%NaCl+0.1 wt%Li2CrO4溶液中的腐蝕電流密度僅為在3.5wt%NaCl溶液中的1/7。Li2CrO4作為電解液添加劑可以有效提高鎂空氣電池間歇放電陽極效率，改善鎂負極表面放電產(chǎn)物形貌。
　?、?Na3PO412H2O和NaVO3對AZ31鎂合金在0.6MNaCl溶液中均有很好的腐蝕抑制效果。在含N

6、a3PO412H2O和NaVO3的兩種溶液中，鎂合金表面分別會產(chǎn)生一層磷酸鹽保護膜和一層釩酸鹽保護膜，并減慢合金的自腐蝕速率。磷酸鹽保護膜比釩酸鹽保護膜更完整，因此Na3PO412H2O對AZ31鎂合金的腐蝕抑制效果更好。Na3PO412H2O和NaVO3作為電解液添加劑均可有效提高電池陽極效率，降低電池間歇放電間歇期的陽極效率損失，改善鎂負極表面放電產(chǎn)物形貌。相比于NaVO3而言，Na3PO412H2O對電池陽極效率的改善效果更明顯。