鎂鋰合金的電化學(xué)性能研究.pdf

1、鎂合金電負(fù)性高，能量密度大，在電化學(xué)領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。但是鎂合金本身由于化學(xué)性能活潑，自腐蝕問(wèn)題嚴(yán)重，在鎂電池方面的應(yīng)用受到了限制。因此，本文通過(guò)考察相分布、加工狀態(tài)、合金元素、電解液添加劑等因素以及晶粒大小和孿晶、位錯(cuò)等亞晶粒對(duì)鎂鋰合金電化學(xué)性能和腐蝕性能的影響，試圖找到性能最好的陽(yáng)極材料。
　　本文采用開(kāi)路電位測(cè)試（OCP）、Tafel極化曲線(xiàn)、電化學(xué)阻抗測(cè)試（EIS）、恒電壓電流-時(shí)間曲線(xiàn)測(cè)試以及掃描電子顯微鏡（SEM

2、）等手段考察了鎂鋰合金作為電池陽(yáng)極材料的電化學(xué)性能。相分布方面，比較了位于不同相區(qū)的LA51、LA91、LA141的電化學(xué)性能；加工狀態(tài)方面，比較了鑄態(tài)、擠壓態(tài)和軋制態(tài)LA51的電化學(xué)性能；合金化方面，考察了元素Y、Sr的添加對(duì)LA141電化學(xué)性能的影響；電解液添加劑方面，分別考察了Ga2O3、Na2SnO3和H2NCSNH2 LA141系列鎂鋰合金的電化學(xué)性能的影響。研究結(jié)果如下：
　　在0.7 mol.L-1 NaCl溶液中，

3、單相組織的LA51開(kāi)路電壓最負(fù)，電化學(xué)活性最高，放電電流密度最大，陽(yáng)極利用效率最高，放電產(chǎn)物分布最疏松；雙相組織的LA91則電化學(xué)活性最低，放電性能最差；單相組織的LA141則介于LA51和LA91之間。不同組織的鎂鋰合金的電化學(xué)活性按照以下順序遞減：LA51>LA141>LA91。在0.7 mol.L-1 NaCl溶液中，擠壓態(tài)LA51的電化學(xué)活性最高，放電電流密度最大，高達(dá)46.00 mA cm-2，陽(yáng)極利用效率最高，達(dá)到69.21

4、％；軋制態(tài)LA51電化學(xué)性能次于擠壓態(tài)LA51，鑄態(tài)LA51則最差。
　　在LA141中分別添加0.3%的Y、Sr和同時(shí)添加0.3 wt%的Y、Sr時(shí)發(fā)現(xiàn)同時(shí)添加0.3%的Y、Sr時(shí)LA141的電化學(xué)活性最高，開(kāi)路電壓達(dá)到-1.73V，放電電流密度最大，陽(yáng)極利用效率最高，放電產(chǎn)物分布比較疏松；單獨(dú)添加0.3wt%的時(shí)Y僅次于同時(shí)添加0.3wt%的Y、Sr，單獨(dú)添加0.3%的Sr次于單獨(dú)添加0.3wt%的Y，沒(méi)有任何添加元素的LA1

5、41則最差。由此可見(jiàn)，同時(shí)添加Y、Sr比單獨(dú)添加對(duì)鎂鋰合金改善電化學(xué)性能有更大的作用，而且元素Y比Sr的效果更好。
　　在0.7 mol.L-1 NaCl溶液中分別添加了適量的Ga2O3、Na2SnO3以及H2NCSNH2，發(fā)現(xiàn)Ga2O3的添加對(duì)改善LA141電化學(xué)性能的效果最明顯，放電電流密度從之前的50 mA cm-2提高到80 mA cm-2，放電產(chǎn)物從之前的緊密排列變?yōu)楹髞?lái)的疏松排列。幾種電解液添加劑對(duì)改善 LA141電化

6、學(xué)性能的效果按照以下順序遞減：Ga2O3>Na2SnO3>H2NCSNH2。
　　對(duì)于擠壓態(tài)LA51，在500oC下分別退火5min、20min、25min、30min。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著退火時(shí)間的逐漸延長(zhǎng)，晶粒逐漸長(zhǎng)大，電化學(xué)活性逐漸增強(qiáng)，放電電流密度逐漸增大，陽(yáng)極利用效率先變大后減小。由此可見(jiàn)，晶粒不宜過(guò)大，適中的晶粒大小下材料電化學(xué)性能最好。
　　軋制態(tài)的LA51在300oC下分別經(jīng)過(guò)30min、60min、90min、1

7、20min、180min的退火后，隨著退火時(shí)間的延長(zhǎng)，孿晶和位錯(cuò)等亞晶粒逐漸消失的同時(shí)伴隨著再結(jié)晶的發(fā)生，在90min時(shí)孿晶和位錯(cuò)基本消失，再結(jié)晶完成，晶粒變得細(xì)小均勻。隨著退火時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，等軸晶出現(xiàn)長(zhǎng)大的趨勢(shì)。通過(guò)電化學(xué)性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)隨著亞晶粒的減少，電化學(xué)活性降低，放電電流密度減?。浑S著晶粒的長(zhǎng)大，電化學(xué)活性又變高，放電電流密度又增大，但是陽(yáng)極利用效率并沒(méi)有增大，耐腐蝕性能也變差。在亞晶粒剛好消失但是晶粒又沒(méi)來(lái)得及長(zhǎng)大的情況下材料