Mg-H2O2半燃料电池Mg-Li基合金阳极材料的研究

摘要

镁合金作为镁-过氧化氢半燃料电池的阳极材料具有电位负、放电活性高、能量密度大、安全可靠、环境友好、造价低廉等特点，是理想的化学电源的阳极材料。但是镁合金作为阳极材料也存在一些缺陷，在放电过程中存在自腐蚀析氢反应，使电极作无功消耗，降低阳极的利用率；易产生“负差效应”，电极的电位增加，析氢反应速率也增加，导致电极的电流效率减小；镁合金阳极表面易形成氧化产物钝化膜，导致阳极放电性能的降低等。因此，本论文采用了两种方法来改善镁合金作为阳极的放电性能，一种是，在镁合金中加入其他合金元素使其电氧化能力增强，本文中加入的添加元素为Y；另一种是，向电解质溶液中加入电解液添加剂来提高放电活性及破坏合金表面钝化膜。
　　本论文采用了电位极化法，恒电位氧化法，电化学阻抗谱法对Mg-7.5Li-3.5Al及Mg-7.5Li-3.5Al-1Y电极的放电性能进行了研究，利用扫描电镜对合金电极放电后的表面形貌进行了分析。Y元素的加入对Mg-7.5Li-3.5Al合金起到了“活化”作用，显著提高了其放电活性；同时Mg-7.5Li-3.5Al合金的电流效率也提高了，起到了“缓蚀”作用。
　　讨论了加入电解质添加剂氟化钠和六次甲基四胺对合金电极电化学性能的影响，从中选出能使电极放电性能最佳的添加剂浓度。对于Mg-7.5Li-3.5Al电极，氟化钠的最佳浓度为2.0 mmol·L-1，六次甲基四胺的最佳浓度为2.0 mmol·L-1；对于Mg-7.5Li-3.5Al-1Y电极，氟化钠的最佳浓度为1.0 mmol·L-1，六次甲基四胺的最佳浓度为1.0 mmol·L-1。在电解液中添加氟化钠和六次甲基四胺后，Mg-7.5Li-3.5Al和Mg-7.5Li-3.5Al-1Y电极的放电电流密度均有提高，自放电速率均有所下降，且两电极的滞后效应均得到改善。氟化钠和六次甲基四胺都是有效的电解质添加剂，既对两种合金电极在放电过程中起到了“活化”作用，又对两合金电极在自腐蚀过程中起到“缓蚀”的作用。
　　两种镁合金电极分别在0.7 mol·L-1 NaCl溶液中及含有最佳浓度添加剂的0.7 mol·L-1NaCl溶液中组装电池。当阳极为Mg-7.5Li-3.5Al-1Y合金，阳极电解液为含有1.0 mmol·L-1的六次甲基四胺的0.7 mol·L-1NaCl溶液时，电池的功率最大，最大值为109.91 mW·cm-2。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 镁燃料电池的分类

1.3 镁合金作为阳极材料存在的问题

1.4 镁燃料电池性能的优化

1.5 论文的研究内容

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 电极表面形貌分析

2.5 自放电速率及电流效率测试

2.6 电位对电流效率的影响

2.7 电极的变负载响应性能

2.8 Mg-H2O2半燃料电池的组装与测试

2.9 本章小结

第3章 Mg-Li基合金电极在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 自放电速率及电流效率测试

3.6 连续放电时电位对电流效率的影响

3.7 电极的变负载响应性能

3.8 本章小结

第4章 电解质添加剂对Mg-Li基合金电极电化学性能的影响

4.1 添加剂NaF对镁锂基合金电极电化学性能的影响

4.2 添加剂六次甲基四胺对镁合金电极电化学性能的影响

4.3 本章小结

第5章 Mg-H2O2半燃料电池的组装及测试

5.1 镁合金-过氧化氢半燃料电池

5.2 电池组装的前期准备

5.3 不同镁锂合金做阳极材料对电池性能的影响

5.4 添加电解质添加剂后对不同合金作为阳极的电池性能的影响

5.5 本章小结

结论

参考文献

读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢