电流脉冲改善AZ21镁合金电池电压滞后的研究

摘要

镁电池是一种廉价、安全、环保及高性能新能源电池。但镁电池的许多问题限制了产业化生产，如镁的化学活性，在中性和酸性条件下，镁与水剧烈反应，并放出氢气，使电极利用率降低，并给电池的组装带来困难；缺乏适当的传导Mg2+的非水介质；经过放电后就失去良好的存储能力，因此不能满足长时间间歇性使用的要求等。镁电池放电中还存在一个较为普遍的现象——“电压滞后”，这使得电池在放电初期有一个较大的滞后时间和电位降，其严重影响了镁电池的放电。其解决方法主要集中在电极表面处理；寻找更适合的电解液；使用加工技术改变镁合金成分等，但鲜有学者使用脉冲法来解决该问题，因此，利用脉冲法来降低电压滞后具有重要的意义。
　　论文通过研究镁合金作为负极在MgSO4溶液中的滞后情况，利用单脉冲法和双脉冲法来减少滞后。利用开路电位测试、交流阻抗测试、多电流阶跃、扫描电镜等方法对镁合金滞后及其加载脉冲后表面膜层进行了深入研究。结果表明，AZ21镁合金在MgSO4溶液中浸泡5天后，其滞后时间随着放电电流密度的增加而减小，当放电电流密度为1.5 mA/cm2时，滞后时间长达10 s；2.5 mA/cm2为4.2 s；6 mA/cm2为2.2 s。加载单脉冲(100 ms-50 mA)，放电电流密度为1.5 mA/cm2和2.5 mA/cm2时，滞后时间均缩短至0.2 s，电位降分别为4.53 V和3.83 V。单脉冲(100 ms-10 mA)，放电电流密度为6 mA/cm2时，滞后时间缩短至0.1 s，电位降为4.07 V。实验结果表明加载脉冲是减小滞后的有效手段，但存在脉冲电位降过高的问题。采用双脉冲电流法可对此进行改善，结果表明当脉冲条件为(5 mA-100 ms)-(25 mA-100 ms)，放电电流1.5 mA和2.5 mA时，滞后时间均较短，电位降有所降低。将该条件运用在Mg(NO3)2溶液中，得到的放电曲线较平稳，滞后时间短，电位降小，说明双脉冲电流法是解决电压滞后的较有效的手段。

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目录

1 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2镁锰干电池的工作原理

1.3镁锰干电池的研究现状

1.3.1电解液的研究现状

1.3.2电解质添加剂的研究现状

1.3.3负极镁合金的研究现状

1.4 镁锰电池存在的问题及研究

1.4.1镁锰电池电压滞后研究

1.4.2消除镁锰电池电压滞后的研究

1.5论文的研究内容与研究方法

2 实验部分

2.1 实验器材

2.1.1 实验药品

2.1.2 实验仪器

2.2工作电极的制作方法

2.3 电化学测试方法

2.3.1 开路电位

2.3.2 恒电流放电

2.4.3 交流阻抗

2.4.4 多电流阶跃

3 结果与讨论

3.1 引言

3.2单脉冲对镁电极滞后的影响

3.3双脉冲对镁电极滞后的影响

3.3.1第一阶段脉冲宽度对镁电极滞后的影响

3.3.2第二阶段脉冲宽度对镁电极滞后的影响

3.3.3第二阶段脉冲高度对镁电极滞后的影响

3.3.4放电电流密度对双脉冲的影响

3.4浸泡时间对镁电极滞后的影响

3.4.1 Mg(SO)4溶液

3.4.2 Mg(NO3)2溶液

4 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

致谢

参考文献

附录 A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录：