镁锂铝镧合金阳极电化学性能的研究

摘要

镁锂合金具有电极电位负、放电活性高、能量密度大、环境友好、安全可靠、造价低廉等优异特点，因此是一种理想的化学电源阳极材料，镁锂合金应用范围广泛，可作为镁-过氧化氢半燃料电池的阳极材料。然而，镁锂合金作为阳极材料也存在一些缺陷导致它应用的局限性，即放电时合金易发生自腐蚀析氢反应，引起电极的无功消耗，从而使阳极的利用率降低；容易产生“负差效应”，即随着放电电位正移，析氢速率也增加，导致电极电流效率的降低；在合金表面容易形成钝化膜，使阳极放电活性下降等。本文为了改善镁合金放电性能，采用了两种方法：第一，改变镁合金中 Li元素的含量；第二，向电解液中加入电解质添加剂以提高合金抗腐蚀性能及放电活性。
　　本论文中以动电位极化法、恒电位氧化法和电化学阻抗谱法对Mg-5Li-3Al-1La及Mg-8Li-3Al-1La合金电极放电性能进行研究，采用扫描电镜法对合金电极放电后的表面形貌进行分析，利用 X射线衍射法对放电产物成分进行研究分析。Li元素含量的增加对镁锂铝镧合金起到一定的“活化”作用，使其放电活性得到显著提高，同时，电流效率也有所提高，即提高了合金的利用率。
　　研究并讨论了氟化钠和六次甲基四胺作为电解质添加剂对以上两种合金电极电化学性能的影响，并且选出能使电极放电性能达到最佳效果的添加剂浓度。对于Mg-5Li-3Al-1La电极，氟化钠的最佳浓度为1 mmol·L-1，六次甲基四胺的最佳浓度为0.8 mmol·L-1；对于 Mg-8Li-3Al-1La电极，氟化钠的最佳浓度为2 mmol·L-1，六次甲基四胺的最佳浓度为1 mmol·L-1。在电解液中分别添加最佳浓度的氟化钠和六次甲基四胺以后，Mg-5Li-3Al-1La和Mg-8Li-3Al-1La两电极的放电电流密度均有所提高，自腐蚀速率下降，并且“滞后效应”也得到改善，这说明氟化钠与六次甲基四胺都是有效的添加剂，既在两种合金的放电过程中起到“活化”的作用，又对其在自腐蚀过程中产生“缓蚀”的效果。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 镁电池的分类

1.3 镁合金阳极在使用时存在的问题

1.4 提高镁合金作为化学电源的途径和镁阳极的研究现状

1.5本论文的研究意义及研究内容

第2章 实验部分

2.1 实验试剂及实验仪器

2.2 研究电极的制备

2.3 电化学性能测试

2.4 电极表面形貌测试

2.5 X-射线衍射测试

2.6 自放电速率测试

2.7 电流效率测试

2.7 电位对电流效率的影响

2.8 电极的变负载响应性能

2.9 本章小结

第3章 镁锂铝镧合金电极在NaCl溶液中电化学性能的研究

3.1 Tafel极化曲线测试

3.2 恒电势氧化曲线测试

3.3 电化学阻抗谱测试

3.4 表面形貌测试

3.5 XRD测试

3.6 自放电速率测试

3.7 电流效率测试

3.8 连续放电时电位对电流效率的影响

3.9 电极的变负载响应性能

3.10 本章小结

第4章 电解质添加剂对镁锂铝镧合金电极电化学性能的影响

4.1 NaF电解质添加剂对镁锂铝镧合金电化学性能的影响

4.2 不同浓度六次甲基四胺对镁锂铝镧电极电化学性能的影响

4.3 本章小结

结论

参考文献

致谢