[發明專利]一種海水鋁-空氣電池用陽極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811347871.5
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109295350B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 張海濤;吳子彬;郭成;王東濤;秦克;班春燕;崔建忠
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/02;C22F1/04;H01M4/46
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李娜;李馨

本發明涉及一種海水鋁?空氣電池用陽極材料及其制備方法，屬于化學電池領域。一種海水鋁?空氣電池用陽極材料，所述陽極材料為鋁合金，按質量百分比由下述成分組成：Sn：0.5～1.5％，Ga：0.005～0.05％，Mg：0.2～1％，Zn：0.5～1.5％，雜質含量≤0.30％，余量為鋁。本發明海水鋁?空氣電池用陽極材料采用工業純鋁為原料，含有較少量的Ga，降低了生產成本；摒棄了對環境有嚴重危害的In、Pb合金元素等，環保健康，增加了市場競爭力。該陽極采用了半連續鑄造法生產，生產工藝簡單，適合批量化生產，并且減少了陽極材料陷少，提高了成品率，減少了能耗，降低了生產成本，具有良好的經濟效益。

技術領域

本發明涉及一種海水鋁-空氣電池用陽極材料及其制備方法，屬于化學電池領域。

背景技術

由于煤、石油等化石燃料的枯竭和全球能源需求的增長以及化石燃料的使用造成的環境污染，人類迫切需要新的能源來滿足人類的生產生活。金屬-空氣電池具有高效、清潔等特點，已經作為新能源的儲存裝置被提及。金屬-空氣電池是以金屬為陽極、以空氣中的氧氣為陰極的金屬燃料電池，并采用中性或堿性電解液為介質，在催化劑作用下發生化學反應而產生電能的一次電池。

自20世紀60年代以來，鋁成為金屬-空氣電池最具有吸引力的陽極材料，因為鋁有較高的電化學當量值(2.98Ah g^-1)，僅次于鋰(3.86Ah g^-1)，而又高于其他活潑金屬，如鋅(0.82Ah g^-1)、鎂(2.20Ah g^-1)、Ca(1.34Ah g^-1)等；另外，相對于鋰、鋅等金屬，鋁具有來源廣泛、儲量豐富、價格低廉、易于加工成型、無毒、高回收性等優點。然而，海水鋁-空氣電池的鋁陽極材料的表面在海水中會自發形成的鈍化膜，降低了電池陽極活性，進而影響電池的放電性能。目前,已存在很多專利和其他文獻報道通過向純鋁中添加Ga、In、Sn、Mg、Zn、Bi、Pb等合金元素以改善鋁陽極電化學性能。例如中國專利申請(公開號：CN101901893A)涉及電池用鋁合金陽極材料，以純鋁為原料，添加合金元素Mg(0.5～2.0wt％)、Ga(0.005～0.5wt％)、Bi(0.005～1.0wt％)、Sn(0.005～1.0wt％)、In(0.005～0.2wt％)、Ca(0.005～0.05wt％)；中國專利申請(公開號：CN106340612A)涉及電池用鋁合金陽極材料，以純鋁為原料，添加合金元素Ga(0.01～1.0wt％)、Sn(0.1～2.0wt％)、Bi(0.01～2.0wt％)、Pb(0.01～2.0wt％)、In(0.05～1.0wt％)，雖然該類鋁合金陽極材料具有較好的活性，但是其自腐蝕速率偏大，大功率放電效率較低；另外，該類電極大多采用高純Al為原料，含有較多的Ga、In等貴金屬，以及陽極材料生產工藝復雜，造成電池成本居高不下，此外In、Pb等對水體可造成污染，對環境有危害。

發明內容

本發明的目的是針對海水鋁-空氣電池陽極材料存在的缺陷，提供一種具有優良的放電性能的鋁合金陽極材料，該陽極材料采用工業純鋁為原料，不僅減少了貴重金屬含量，摒棄了對環境危害嚴重的合金元素，而且使用簡單的、便于批量化生產的工藝，以起到降低生產成本的作用。

一種海水鋁-空氣電池用陽極材料，所述陽極材料為鋁合金，所述鋁合金，按質量百分比由下述成分組成：Sn：0.5～1.5％，Ga：0.005～0.05％，Mg：0.2～1％，Zn：0.5～1.5％，雜質含量≤0.30％，余量為鋁。

本發明所述海水鋁-空氣電池用陽極材料的工作電位為1.30～1.50V，電流效率為86～94％。