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无析出相轧制mg-sn合金轧为一次镁空气电池阳极的电化学行为及放电性能(英文)

Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年

作者：李旭程伟丽李戬上官菲儿余晖王利飞李航王红霞王金辉侯华青海大学盐湖化工综合研究中心开放项目中北大学材料科学与工程学院太原理工大学材料科学与工程学院河北工业大学材料科学与工程学院

研制了一种具有均匀等轴晶粒结构的新型无析出mg-0.1sn阳极，并在573 K下成功轧制。电化学测试结果表明，mg-0.1sn合金表现出较强的阳极溶解动力学。用该阳极制备的镁空气电池在0.5 mA cm-2时电池电压为1.626 V，阳极效率为58.17%，比... 详细信息

研制了一种具有均匀等轴晶粒结构的新型无析出mg-0.1sn阳极，并在573 K下成功轧制。电化学测试结果表明，mg-0.1sn合金表现出较强的阳极溶解动力学。用该阳极制备的镁空气电池在0.5 mA cm-2时电池电压为1.626 V，阳极效率为58.17%，比能量为1730.96 mW h-1。这种性能归因于阳极表面有效的反应面积，抑制了大块效应，以及由于均匀的基底织构而产生的弱自腐蚀。

关键词： mg-air电池 mg-sn阳极晶粒结构电化学行为放电性能

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镁空气电池用mg-sn合金阳极放电性能及电解液改性研究

镁空气电池用Mg-Sn合金阳极放电性能及电解液改性研究

引用

作者：韩璐西南交通大学

学位级别：硕士

随着能源紧缺和环境污染问题日趋严重,碳中和、碳达峰目标愈来愈现实逼近。非碳燃料电池是解决上述两个问题的尤佳方案之一。镁空气电池是一种以金属镁为燃料的高效燃料电池系统。由于环境友好、可重复利用、容易组装、原材料丰富、理... 详细信息

随着能源紧缺和环境污染问题日趋严重,碳中和、碳达峰目标愈来愈现实逼近。非碳燃料电池是解决上述两个问题的尤佳方案之一。镁空气电池是一种以金属镁为燃料的高效燃料电池系统。由于环境友好、可重复利用、容易组装、原材料丰富、理论电池电压和能量密度高等优势引起国内外业界的高度重视。然而,与mg自腐蚀相对应的低阳极效率和致密放电产物膜在mg阳极表面沉积所引起的高极化显著降低了镁空气电池固有的优良放电性能。通常,mg合金阳极的微观组织、加工过程以及其所处的电解液性质对电池放电性能有较大的影响。以往的研究表明,绿色元素sn具有的高析氢过电位可有效抑制镁基体的自腐蚀,同时其与mg结合形成稳定的mgsn相可作为活化点促进mg阳极的溶解和放电产物膜的开裂、剥落。本文通过显微组织观察、电化学行为分析和组装电池测试来研究mg-sn合金的电化学行为和放电性能,并通过优化制备工艺和优化电解质溶液添加剂来进一步提高镁空气电池的综合放电性能。本文的具体研究工作如下:(1)研究了sn含量对铸态mg-xsn(x=1,5,9 wt.%)合金组织演变与放电性能的影响。结果表明,随着sn含量的增加,mgsn相的体积分数增加,促进枝晶细化,sn元素的偏析程度加剧。对于mg-1sn合金,弥散分布在mg基体中的微米级mgsn相和较负的开路电位有利于mg阳极的均匀溶解和放电活性,提高了阳极效率和放电电位。在放电性能测试中,mg-1sn阳极在每个测试电流密度下均表现出较佳的平均放电电压、阳极效率、比容量和比能量。(2)研究了挤压温度对mg-sn合金组织特性和放电性能的影响,同时对比了350℃挤压的mg-5sn和mg-1sn合金的放电性能,揭示mg-sn合金组织和放电性能之间的关系。结果表明,挤压过程的动态再结晶促进合金晶粒细化和第二相细化。在mg-5sn合金中,350℃挤压时表现出较佳的阳极效率和放电电压。挤压态mg-1sn阳极中细小、弥散分布的第二相促进了镁基体的均匀溶解,削弱了“块状效应”;较强的电化学活性有利于放电电压的提升。因此,阳极效率、比容量和比能量密度较mg-5sn阳极均有所提升。(3)研究了在3.5 wt.%Na Cl溶液中添加不同浓度水杨酸(SAL)和硝酸钠(NaNO)混合物(MIX)对挤压态mg-1sn阳极放电性能的影响。结果表明,在每个测试的电流密度下电池的阳极效率都有所提升,并且随着MIX浓度的增加,阳极效率提升越明显。特别是在0.5 m A cm下,mg阳极的利用效率从空白Na Cl溶液的30.7%提升到MIX浓度为0.1 M时的82.6%,同时,放电电压从1.553 V提升到1.658V。当电流密度大于0.5 m A cm时,电池放电规律却恰恰相反。

关键词：镁空气电池 mg-sn阳极放电性能电化学行为电解质溶液添加剂

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