[發明專利]納米晶鋁材料及其制備方法和應用和一種鋁空氣燃料電池

有效

• 申請號: 201810157272.0
• 申請日: 2018-02-24
• 公開（公告）號: CN108336347B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 盧惠民;曹媛;許彬彬;楊文文
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/46;H01M12/06
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉奇

本發明提供了一種納米晶鋁材料的制備方法，屬于空氣燃料電池領域。本發明對純鋁或鋁合金原料進行高壓扭轉，得到納米晶鋁材料；所述高壓扭轉的條件包括：轉數為3～11轉，壓強為4～6GPa，扭轉速率為1～2轉/分鐘；所述純鋁或鋁合金原料的直徑為10～20mm。本發明采用高壓扭轉技術，改變純鋁或鋁合金樣品的微觀結構為納米晶結構，減小了晶粒尺寸，細小均勻的晶粒組織從整體上改善了微觀組織的均勻性，減少了晶粒之間的電偶腐蝕，因而減小了析氫速率，提高放電效率，大大提高了納米晶鋁材料作為負極材料的質量能量密度。

技術領域

本發明涉及空氣燃料電池技術領域，尤其涉及一種納米晶鋁材料及其制備方法和應用和鋁空氣燃料電池。

背景技術

鋁空氣燃料電池由催化空氣正極、電解質和金屬鋁合金負極組成，其鋁負極理論比能量為8100Wh/kg，目前鋁空氣燃料電池實際比能量高達650Wh/kg，這一數值遠高于其他各種電池。由于鋁是地球上豐度最大的金屬元素，價格低廉，特別是其化學活性低于鋰，易于控制并且有較大的理論比能量；操作簡便，使用壽命長，金屬鋁電極可以機械更換，電池管理簡單，電池壽命只取決于氧電極的工作壽命；金屬鋁電極生產綠色環保，資源豐富，能夠實現循環使用。因此，鋁空氣燃料電池具有低成本、無毒、無污染、放電電壓平穩、高比能量的優點，資源豐富、還能再生利用，并且不存在儲存問題，是具吸引力的綠色電池之一。

然而，由于鋁空氣燃料電池在放電過程中鋁負極腐蝕會產生氫，這不僅會導致負極材料的過度消耗，而且還會增加電池內部的電學損耗，因而嚴重阻礙了鋁空氣燃料電池的商業化應用，并且放電效率不高，不足50％。目前解決該問題的方法主要是將高純度金屬鋁中摻雜特定的合金元素以提高金屬鋁陽極耐腐蝕性，或者在電解質中添加腐蝕抑制劑，防止氫氣放出。但效果并不佳，仍然存在析氫速率高的問題。

發明內容

鑒于此，本發明的目的在于提供一種納米晶鋁材料及其制備方法和應用。采用本發明提供的制備方法得到的納米晶鋁材料析氫速率低，放電效率高。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

一種納米晶鋁材料的制備方法，包括以下步驟：

對純鋁或鋁合金原料進行高壓扭轉，得到納米晶鋁材料；

所述高壓扭轉的條件包括：轉數為3～11轉，壓強為4～6GPa，扭轉速率為1～2轉/分鐘；

所述純鋁或鋁合金原料的直徑為10～20mm。

優選地，所述高壓扭轉的轉數為7轉，壓強為4GPa，所述純鋁或鋁合金樣品的直徑為20mm。

優選地，所述鋁合金包括鋁銦合金、鋁銦鉍合金、鋁銦鎵合金或鋁銦鋅合金。

本發明還提供了上述技術方案所述制備方法得到的納米晶鋁材料，所述納米晶鋁材料的晶粒尺寸為48～150nm。

優選地，所述晶粒尺寸為50～100nm。

優選地，所述晶粒尺寸為70～90nm。

本發明還提供了上述技術方案所述的納米晶鋁材料作為鋁空氣燃料電池負極的應用。

本發明還提供了一種鋁空氣燃料電池，包括正極、負極和電解質，上述技術方案所述的納米晶鋁材料為負極。

優選地，所述電解質為氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液。