Mg-Al-Pb-Zn-Mn和Mg-Li-Al-Pb-Zn-Mn合金在海水中电化学行为研究

摘要

金属半燃料电池通常以海水为电解质,具有比能量高、放电电压平稳、结构简单、造价低廉、无生念污染等特点,作为水下工作的电源具有突出优势。但是,镁合金作为电池负极材料需要克服自腐蚀析氢反应和“负差效应”导致的利用效率低、电位滞后、电化学活性下降等问题。在镁中添加合金元素可提高镁阳极放电性能。因此,研究新型镁合金阳极材料的放电性能具有重要的意义。
　　 本论文采用了极化曲线、恒电流氧化测试、电化学阻抗谱等技术研究了Mg-Al-Pb-Zn-Mn合金及添加Li元素形成的Mg-Li-Al-Pb-Zn-Mn合金的放电性能和电流效率。利用扫面电镜分析了合金电极放电后表面形貌。对Mg-Al-Pb-Zn-Mn合会进行了均匀化和轧制处理,研究了均匀化处理和轧制对合金放电性能影响,并根据金相显微镜和XRD测试结果,讨论了微观结构变化对合金放电性能的影响原因。结果表明:在海水中,Mg-Li-Al-Pb-Zn-Mn合金电极相比Mg-Al-Pb-Zn-Mn合金电极有着更负的开路电位,更高的放电活性,但其电流效率较低。在电流密度为10 mA cm-2时,Mg-Li-Al-Pb-Mn-Zn合金电极放电电位约-1.45 V。两种合金均存在“负差效应”,大电流放电效率均小于小电流放电效率。Mg-Li-Al-Pb-Zn-Mn合金表面腐蚀更均匀,氧化产物更易脱落。但Mg-Al-Pb-Zn-Mn合金电极存在较小的“滞后效用”,有更短的响应时间。均匀化处理和轧制可以改变镁合金的组织结构和成分分布,进而影响镁合金的电极电位和电流效率。经400℃匀化处理得到的Mg-Al-Pb-Zn-Mn合金晶粒尺寸均匀细致、成分分布均匀,在晶界形成Mg2Pb网状的疏松多孔相,使镁合金负极的工作电极电位负而且稳定。在电流密度为10 mA cm-2时,经过400℃匀化处理后Mg-Al-Pb-Zn-Mn合金电极的放电电压为-1.51 V,比铸念合金电极负了约0.21 V,热轧制的合金电极放电电压为-1.59 V,比铸态合金电极负了约0.29 V,且腐蚀产物更易于剥离从而促进电池反应深入进行。