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大功率动力电池用铝合金阳极材料研究

大功率动力电池用铝合金阳极材料研究

作者：左列中南大学

学位级别：硕士

本文首先概述了金属铝作为阳极材料的特点,综述了各种铝电池的发展概况,并叙述了合金化元素和热处理制度对铝合金阳极性能的影响,阐述了铝合金阳极反应活化机理和碱性介质中纯铝及铝合金阳极的缓蚀剂的发展概况。采用高纯铝及合金化元... 详细信息

本文首先概述了金属铝作为阳极材料的特点,综述了各种铝电池的发展概况,并叙述了合金化元素和热处理制度对铝合金阳极性能的影响,阐述了铝合金阳极反应活化机理和碱性介质中纯铝及铝合金阳极的缓蚀剂的发展概况。采用高纯铝及合金化元素制备了相关铝合金阳极材料,利用排水法测量铝合金阳极析氢速度,用IM6ex电化学测试仪测得其开路电位曲线、动电位极化曲线、恒流极化曲线及交流阻抗曲线等,用Polyvar-MET金相显微镜下观察金相显微组织,用德国西门子公司D5000型X射织构分析仪测定铝阳极不完整极图并得出ODF图,用Sirion200场发射扫描电镜观察其表面状态及腐蚀形貌,用Gensis 60能谱仪分析铝阳极表面产物成分,用Tecnai G2透射电镜观察了其微观TEM。研究了合金化元素Mg、Zn、Pb、Sn、Bi、In及Ga对二元铝合金在4mol/L NaOH中析氢速度及电化学性能影响。得出:Al-Mg析氢速度随Mg含量增加减小;Al-Sn、Al-Pb及Al-Ga合金分别随其合金化元素Sn、Pb、Ga含量增加先减小后增大;而添加Zn、Bi、In会增大铝合金析氢速度。添加适量Ga(＞0.02%)可急剧改善铝合金电化学性能,0.08%Ga可使铝合金恒流放电电位负移1.35V左右:适量Sn(≥0.1%)、Pb(≤0.05%)可使铝合金放电电位负移约1.0V;而适量的Zn、Mg、Bi、In可使铝合金放电电位负移0.4～0.6V。元素Zn、Sn、Pb、Bi、In均能随铝基体一起溶解后以不同状态再沉积于铝基体表面,而元素Mg、Ga不会再沉积于铝基体。确定铝合金阳极适宜的合金化元素及含量为(0.005%～0.04%)Ga、(0.45%～1.5%)Mg及(0.025%～0.15%)Sn。根据以上结果制备了Al-Ga-Mg-Sn四元铝合金阳极板材,制定合金化元素含量正交实验,并初步探讨了Al-Ga-Mg-Sn阳极在强碱性介质中活化机理。得出:20℃4mol/L NaOH中,铝阳极随Ga、Mg、Sn含量增加析氢速度变化不大;80℃4mol/L NaOH中,随Mg含量的增加Al-Ga-Mg-Sn铝合金阳极析氢速度减小,Mg含量超过1.2%后变化不大,随Sn含量铝阳极析氢速度增大,含量超过0.06%后变化不大,随Ga含量铝阳极析氢速度持续增大。元素Ga对Al-Ga-Mg-Sn合金活化起了决定性作用,少量的Ga(0.02%)便可使铝合金阳极具有负的开路电位和工作电位,随Ga含量的继续增加电位变化不大,Mg、Sn含量的增加均对Al-Ga-Mg-Sn阳极电化学性能略有改善。确定四元Al-Ga-Mg-Sn合金阳极中元素Mg含量为1.5%,Sn为0.025%,Ga为0.02%。根据前述结果,继续研究了均匀化及成品退火对铝合金阳极的影响。得出:①20℃4mol/L NaOH中铝阳极析氢速度随均匀化温度升高变化不大,随均匀化时间的延长铝合金阳极析氢速度略有增加;铝合金阳极在80℃4mol/L NaOH中析氢速度随均匀化温度的升高先减小后增大,而随均匀化时间的增加析氢速度变化不大,经550℃均匀化2h后铝合金阳极析氢速度最小,为0.43 mL cmmin,均匀化温度的升高及时间的延长对铝阳极开路电位影响不大。②铝阳极板材析氢速度随退火温度升高增大,但随保温时间延长析氢速度变化不大;其恒流放电电位随退火温度的升高负移,随保温时间的延长略有负移,温度超过350℃后,其放电电位随退火时间延长变化不大。经250℃退火后铝阳极组织处于回复阶段,此时内应力消除,组织重新分配使得位错向晶界运动;300℃退火后铝阳极处于再结晶阶段,此时晶粒均匀细小;经350℃退火后铝阳极晶粒粗大,并出现了大量的立方织构。铝阳极表面腐蚀坑尺寸随退火温度的升高逐渐增大,碱液渗入合金深度随退火温度的升高而增加。成品退火可消除铝阳极冷轧后带状组织及亚晶组织,形成尺寸较为均匀的晶粒组织,且晶粒内部有大量的颗粒状第二相析出。确定铝阳极铸锭均匀化工艺为550℃-6h,成品板材退火工艺为300℃-6h。得出铝阳极最佳合金化成分及热处理工艺后,本文最后分析了介质组成对铝合金阳极性能影响。得出:强碱性介质中,NaSnO、In(OH)和NaSnO+In(OH)可在铝基体表面还原成为单质金属层覆盖在其表面,使铝阳极自腐蚀电位正移,析氢速度减小,提高铝阳极的利用率,但不会改变其反应机理。添加剂的加入增大了电荷转移电阻,而铝酸钠则会减小铝阳极的电荷转移电阻。且添加剂的加入明显改善铝阳极放电过程中的电压滞后现象,NaSnO使铝阳极恒电流放电时稳定电位稍有正移,In(OH)和NaSnO+In(OH)使铝阳极恒电流放电时稳定电位明显正移。

关键词：铝合金阳极铝电池腐蚀电化学性能

淡水用Al-Sn-Bi-Mn合金牺牲阳极性能

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腐蚀与防护 2010年第6期31卷 447-449,485页

作者：马正青庞旭左列中南大学材料科学与工程学院长沙410083

采用扫描电子显微镜、能谱分析、金相显微镜及电化学性能测试等方法研究了Sn含量及热处理对Al-Sn-Bi-Mn合金组织及电化学性能的影响。结果表明,含1.0%Sn的Al-Sn-Bi-Mn铝合金牺牲阳极在淡水中具有良好的电化学性能,电流效率为45.2%,经580... 详细信息

采用扫描电子显微镜、能谱分析、金相显微镜及电化学性能测试等方法研究了Sn含量及热处理对Al-Sn-Bi-Mn合金组织及电化学性能的影响。结果表明,含1.0%Sn的Al-Sn-Bi-Mn铝合金牺牲阳极在淡水中具有良好的电化学性能,电流效率为45.2%,经580℃10 h固溶、150℃6 h时效热处理后,电流效率达到51.3%,且腐蚀均匀,产物易脱落。

关键词：铝合金牺牲阳极热处理

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电解质组成对铝合金阳极性能的影响

电源技术 2008年第6期32卷 371-374页

作者：马正青左列庞旭中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083

研究了室温下(25℃),4mol/L NaOH+3mol/L NaAlO2介质中,添加Na2SnO3、In(OH)3及Na2SnO3+In(OH)3复合物对铝合金性能的影响。用排水法测试了铝合金电极的析氢速度,用恒电流方法和动电位方法测试了电化学性能。结果表明,4mol/L NaOH+3mol/... 详细信息

研究了室温下(25℃),4mol/L NaOH+3mol/L NaAlO2介质中,添加Na2SnO3、In(OH)3及Na2SnO3+In(OH)3复合物对铝合金性能的影响。用排水法测试了铝合金电极的析氢速度,用恒电流方法和动电位方法测试了电化学性能。结果表明,4mol/L NaOH+3mol/LNaAlO2介质中,Na2SnO3、In(OH)3及Na2SnO3+In(OH)3混合物能降低铝合金电极自腐蚀速率;恒电流放电时,Na2SnO3使铝合金电极稳定电位稍有正移,In(OH)3和Na2SnO3+In(OH)3混合物使铝合金电极稳定电位明显正移。

关键词：缓蚀剂铝合金阳极电化学性能析氢速度

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凝固速度对镁合金阳极组织与性能的影响

材料保护 2007年第10期40卷 9-11页

作者：马正青左列曾苏民中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083

以Mg-Hg-X合金为研究对象,利用金相显微镜、扫描电子显微镜、电化学测试仪等研究了不同铸造凝固速度对镁合金阳极经混合酸侵蚀后显微组织、电化学性能和腐蚀速率的影响。结果表明,Mg-Hg-X合金中Mg、Hg形成的第二相化合物组成随合金铸造... 详细信息

以Mg-Hg-X合金为研究对象,利用金相显微镜、扫描电子显微镜、电化学测试仪等研究了不同铸造凝固速度对镁合金阳极经混合酸侵蚀后显微组织、电化学性能和腐蚀速率的影响。结果表明,Mg-Hg-X合金中Mg、Hg形成的第二相化合物组成随合金铸造凝固速度变化而改变,缓慢凝固主要形成Mg3Hg相,快速凝固主要形成Mg2Hg相;同时随铸造凝固速度加快,Mg-Hg-X合金材料腐蚀速率有所降低,电极电位正移。

关键词：镁合金阳极铸造凝固速度腐蚀组织电化学性能

Effects of electrolyte components on properties of Al alloy anode

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中国有色金属学会会刊：英文版 2009年第1期19卷 160-165页

作者：马正青左列庞旭曾苏民 School of Materials Science and Engineering Central South University

The effects of Na2SnO3, In(OH)3 and Na2SnO3+In(OH)3 on the properties of Al alloy anode were studied in alkaline medium at 25 ℃. The self-corrosion rate of Al alloy anode was studied by method of H2 immersed in aqueous medium, and the electrochemical properties of Al alloy anode were tested via galvanostatic discharge and dynamic potential methods. The results show that the self-corrosion rate of Al alloy anode in 4 mol/L NaOH+3 mol/L NaAlO2 medium can be minimized by adding Na2SnO3, In(OH)3 and Na2SnO3+ In(OH)3. Na2SnO3, In(OH)3 and Na2SnO3+In(OH)3 make Al anodic potential shift positively in galvanostatic discharging. The most effective additive of Al alloy anode in 4 mol/L NaOH+3 mol/L NaAlO2 medium is 0.075 mol/L Na2SnO3+0.005 mol/L In(OH)3, integrating self-corrosion rate and electrochemical properties.

关键词：铝合金热处理缓蚀剂金属学

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俄罗斯文化的“普希金”模式

俄罗斯文艺 2005年第2期 29-34页

作者： Л.别列左瓦娅 Н.别尔里亚科娃陆人豪

19世纪初俄罗斯文化生活特别丰富,特别有活力,而且表现出同类的风格,因此有理由把这场文化运动与欧洲文化中的文艺复兴时代的现象相比.在普希金时代,俄罗斯文化显示出文艺复兴时代类型文化的一些特点,如高扬个人精神自由,向全人类性的... 详细信息

19世纪初俄罗斯文化生活特别丰富,特别有活力,而且表现出同类的风格,因此有理由把这场文化运动与欧洲文化中的文艺复兴时代的现象相比.在普希金时代,俄罗斯文化显示出文艺复兴时代类型文化的一些特点,如高扬个人精神自由,向全人类性的理想和古典遗产典范寻求艺术之源,艺术创作既有鲜明的民族形式又有世界性的品格.

关键词：普希金俄国文化文艺复兴时代 19世纪初俄罗斯文化文化生活欧洲文化文化运动精神自由民族形式艺术创作世界性人类性风格古典

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超级电容器金属氧化物电极材料研究进展

表面技术 2009年第3期38卷 77-79,94页

作者：庞旭马正青左列曾苏民中南大学材料科学与工程学院长沙410083

金属氧化物电极兼有双电层电容和10～100倍双电层电容的准电容，其比容量远远大于活性炭材料表面的双电层电容，而且使用寿命长（循环次数10^5-10^6），维护简单，是一种新型、高效、实用的能量存储装置，引起研究者的广泛兴趣。综述了... 详细信息

金属氧化物电极兼有双电层电容和10～100倍双电层电容的准电容，其比容量远远大于活性炭材料表面的双电层电容，而且使用寿命长（循环次数10^5-10^6），维护简单，是一种新型、高效、实用的能量存储装置，引起研究者的广泛兴趣。综述了超级电容器用金属氧化物电极材料（RuO2、MnO2、Co3O4和NiO）及复合型氧化物电极材料的储能原理、制备和性能的研究现状，并且展望了超级电容器金属氧化物电极材料当前热点研究领域和发展前景。

关键词：金属氧化物电极材料超级电容器研究进展

热处理对Al-Mg-Sn-Ga-X合金阳极组织与电化学性能的影响

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电源技术 2011年第5期35卷 523-527页

作者：马正青李晓翔庞旭左列曾苏民中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083

研究了Al-Mg-Sn-Ga-X五元铝合金阳极材料热处理对其在4mol/LNaOH+10g/LNa2SnO3介质中的微观组织和电化学性能的影响。利用金相显微镜、透射电镜、扫描电镜观察了显微组织和表面形貌,利用IM6ex型电化学综合测试仪和排水法测试了材料的电... 详细信息

研究了Al-Mg-Sn-Ga-X五元铝合金阳极材料热处理对其在4mol/LNaOH+10g/LNa2SnO3介质中的微观组织和电化学性能的影响。利用金相显微镜、透射电镜、扫描电镜观察了显微组织和表面形貌,利用IM6ex型电化学综合测试仪和排水法测试了材料的电化学性能和腐蚀速率。结果表明:在4mol/LNaOH+10g/LNa2SnO3介质中,冷轧后的Al-Mg-Sn-Ga-X五元铝合金阳极板材经回复退火,可以降低其腐蚀速率,并且稳定工作电位负移,有效改善其综合电化学性能;再结晶退火,板材立方织构增多,其腐蚀速率增大,稳定工作电位负移。

关键词：铝合金阳极热处理微观组织电位腐蚀

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铝电池研究进展

船电技术 2008年第5期28卷 257-261页

作者：马正青左列庞旭曾苏民中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083

综述了铝电池国内外发展概况,对Al/空气电池、Al/AgO电池、Al/MnO2电池、Al/H2O2电池、Al/S电池、Al/MnO4-电池、Al/Ni电池、Al/KFe(CN)6和熔盐铝电池的基本性能特点和研究状况作分别介绍,并对铝电池未来研究热点和重要意义进行探讨。

关键词：铝电池铝阳极高比能电池