[發(fā)明專利]海水電池鎂合金陽極疏水膜的制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201710155634.8
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN108630882A
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡會利;朱永明;于彩紅;滕祥國;于元春
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/62;H01M6/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種在海水電池鎂合金陽極上制備疏水膜的方法，該方法先將鎂合金陽極進(jìn)行拋磨，再清洗除油，然后浸泡在硝酸鈰水溶液中20~40 min，將浸泡處理后的鎂合金陽極放入十二烷基三甲氧基硅烷(DTS)的甲苯溶液中15~25 min，取出自然干燥后即可獲得一層超疏水薄膜。本發(fā)明超疏水薄膜具有良好的超疏水性能，與水滴的接觸角超過150°，組裝電池后測試其放電比容量高達(dá)1800 mAh/g，本方法還具有操作簡單，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鎂合金表面處理及改性技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種海水電池鎂合金陽極疏水膜的制備方法。

背景技術(shù)

海水電池以海水為電解液，是海洋用電設(shè)備的能源新秀，它具有廣泛的適應(yīng)性，值得大力發(fā)展研究。海水溶氧電池陽極多使用鎂合金，鎂合金在海水電解質(zhì)中會發(fā)生自腐蝕反應(yīng)，導(dǎo)致在海水中自腐蝕嚴(yán)重，提高它自身的利用率一直是需要解決的問題。目前，大部分鎂合金陽極研究都針對于鎂合金成分的優(yōu)化，但通過優(yōu)化成分提高鎂合金陽極利用率是很有限的。自然界中許多物體（如荷葉的表面、蝴蝶的翅膀等）都具有很好的疏水性能和自清潔功能。一般認(rèn)為靜態(tài)接觸角>150°和滾動腳<5°的表面為超疏水表面。如果將超疏水表面應(yīng)用于鎂陽極，那么就可以抑制鎂合金表面腐蝕和表面氧化，可以在電池放電過程中克服鎂陽極化學(xué)活性高，溶解速度較快，析氫嚴(yán)重，導(dǎo)致陽極法拉第效率降低的不足，并實(shí)現(xiàn)鎂合金的表面自清潔。東北林業(yè)大學(xué)的張光明課題組利用硝酸刻蝕、化學(xué)鍍銀和表面自組裝的方法在鎂合金表面制備了超疏水薄膜，然而這種方法制備疏水膜在制備過程中會有刺激性氣體生成，且化學(xué)鍍銀時膜層為一層層生長，非常容易脫落。申請?zhí)枮?01010520898.7的專利申請公開了一種鎂合金疏水膜的制備方法，用硫酸進(jìn)行化學(xué)刻蝕，陽極氧化法構(gòu)造二級結(jié)構(gòu)和低表面能修飾，但這種方法步驟復(fù)雜、效率低且硫酸為危險試劑。對于鎂合金表面疏水膜的制備，現(xiàn)有的制備工藝往往需要嚴(yán)格的加工條件，危險的化學(xué)試劑，復(fù)雜的裝置和較長的周期等。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)制備鎂合金表面超疏水膜存在的困難和問題，本發(fā)明提出一種簡單、高效、成本低廉的溶液浸漬法在陽極鎂合金上制備超疏水薄膜。

本發(fā)明提供一種海水電池鎂合金陽極疏水膜的簡易制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：將砂紙打磨后鎂合金經(jīng)丙酮和無水乙醇清洗除油處理，吹干后20~40℃浸漬在硝酸鈰溶液中20~40 min，浸漬結(jié)束后取出鎂合金用去離子水徹底清洗并吹干，最后將吹干的鎂合金常溫浸泡在十二烷基三甲氧基硅烷（DTS）的甲苯溶液中15~25min，浸泡結(jié)束在空氣中自然干燥。干燥后的鎂合金表面覆蓋一層淺黃色粗糙薄膜，并呈超疏水性，水滴在表面上的接觸角為160.72°，與正極材料組裝成電池放電比容量為1831.3mAh/g。

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述硝酸鈰溶液的濃度為0.05~0.2 mol/L，浸漬時間為20~40 min，溫度為20~40℃。

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述DTS 甲苯溶液中修飾的時間為15~25 min，濃度為1%的體積分?jǐn)?shù)，溫度為常溫25℃。

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述預(yù)處理包括以下步驟：將陽極鎂合金基體依次用600、1000、1500、2000＃砂紙打磨，室溫下依次用丙酮、無水乙醇超聲10 min，冷風(fēng)吹干待用。

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述鎂合金為Mg-Al-Zn合金，其典型成分為AZ91鎂合金。

本發(fā)明方法與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明方法所需設(shè)備簡單，容易操作而且制備周期短，易于大面積生產(chǎn)。

(2)本發(fā)明方法獲得的超疏水薄膜具有良好的疏水性能，水滴在鎂合金表面的接觸角超過150°。

(3)本發(fā)明方法獲得的鎂合金與正極材料組成電池后放電比容量超過1800 mAh/g。