镁空气电池阳极材料Mg-Sr二元合金的制备方法及其应用

本发明属于镁空气电池电极材料，具体而言，涉及一种镁空气电池阳极材料mg-sr二元合金的制备方法及其应用。

背景技术：

1、金属空气电池（铝、镁、锌等作为阳极材料）具有性能稳定、比能高、安全性高等优。其中，镁空气电池由于理论电压高、重量轻、比能量密度高、无毒、无污染、成本低以及材料来源丰富等优点，具有很大的发展前景。镁空气电池由镁阳极、空气阴极、电解液以及电池外壳组成。阳极为金属镁或者镁合金，空气阴极由气体扩散层、集流层和催化层组成，所述催化层包括二氧化锰催化剂，电解液为中性或碱性盐溶液。

2、需要指出的是，虽然镁空气电池具有以上所述优点，但也存在着诸多问题。镁空气电池的理论电压能达到3.1?v，但是在实际使用过程中镁空气电池的工作电压远远低于这一理论计算值；镁空气电池的理论比能量为6800?wh?kg-1，但在实际工作过程中的比能量仅能达到理论计算值的10%，甚至更少。目前，针对镁空气电池的研究主要从阳极材料，阴极材料以及电解液这三个方面进行。阳极材料的研究是改善镁空气电池性能最关键的方法，可以通过合金化的方式，开发新型的镁合金阳极；或者通过热处理的方式来改变镁合金的微观组织，从而制备合适的镁合金。通过这两种方式，可以在一定程度上加速镁阳极表面放电产物的剥离，也可以抑制镁阳极的自腐蚀和溶解不均匀的问题，从而有利于改善镁空气电池的性能?；诖?，研发了本申请。

技术实现思路

1、本发明目的在于针对目前镁空气电池存在的不足，提供一种镁空气电池阳极材料mg-sr二元合金，该mg-sr二元合金具有比mg更负的标准电极电位（-2.90?v?vs.?she），可以提高镁阳极的放电电压，而且sr还可以细化镁的晶粒尺寸，改善镁阳极的微观结构，提高镁空气电池的阳极利用效率。

2、本发明还提供了上述镁空气电池阳极材料mg-sr二元合金的制备方法及其应用。

3、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

4、一种镁空气电池阳极材料mg-sr二元合金，其化学成分的质量百分比为：sr?0.1%～2.0%，余量为mg。即该mg-sr二元合金采用镁mg、锶sr为原料，并含有微量不可避免的杂质。

5、进一步优选的，所述镁空气电池阳极材料mg-sr二元合金，其化学成分的质量百分比为：sr?0.1%，余量为mg。

6、一种上述镁空气电池阳极材料mg-sr二元合金的制备方法，其包括以下步骤：

7、（1）按比例分别称取原料镁锭及mg-sr中间合金，除掉表面氧化皮；

8、（2）将镁锭及mg-sr中间合金一起放到真空熔炼炉的石墨坩埚中，然后抽真空，并通入?；て?；

9、（3）在?；て障?，将真空熔炼炉升温至720℃~750℃，待原料融化后，使用搅拌头搅拌15~20?min，再保温静置5~10?min，然后浇铸，随炉冷却得到铸态合金，并以铸造态直接使用。

10、具体的，上述制备方法的步骤3）中，?；て瘴慷炔坏陀?9.99%的高纯氩气。

11、进一步的，步骤1）中所用mg-sr中间合金优选为mg-20sr中间合金。

12、本发明提供了一种上述镁空气电池阳极材料mg-sr二元合金作为镁空气电池阳极材料应用。

13、本发明还提供了一种镁空气电池，其包括电解液、空气阴极和所述mg-sr二元合金阳极材料。所述电解液可以优选为3.5?wt.%?nacl?？掌跫裳∮帽玖煊虻钠胀ㄊ惺鄄坊虿捎帽玖煊虺９婕际踔票富竦?，其主要由气体扩散层、集流层和催化层组成，催化层包括二氧化锰催化剂。

14、和现有技术相比，本发明的有益效果如下：

15、1）本发明添加的合金元素sr具有比mg更负的标准电极电位（-2.90?v?vs.?she），适量的sr添加可以提高镁阳极的放电电压。而且sr还可以细化镁的晶粒尺寸，改善镁阳极的微观结构，晶粒细化还可以提高镁空气电池的阳极利用效率；

16、2）本发明在镁合金中所添加的合金元素sr，其添加量不高于2.0%，尤其是在添加量仅为0.1%时，有利于降低阳极材料的成本；

17、3）本发明所述的mg-sr二元合金，采用真空感应熔炼炉进行熔炼，操作简单方便，还可以避免新杂质的引入；

18、4）本发明的mg-sr二元合金阳极材料获得了比高纯镁阳极更高的放电电压、比容量和比能量。本发明所提出的mg-sr二元合金阳极材料成本低且熔炼方法简单，能改善镁空气电池的放电性能，具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种镁空气电池阳极材料mg-sr二元合金，其特征在于，其化学成分的质量百分比为：sr?0.1%～2.0%，余量为mg。

2.如权利要求1所述的镁空气电池阳极材料mg-sr二元合金，其特征在于，其化学成分的质量百分比为：sr?0.1%，余量为mg。

3.权利要求1所述镁空气电池阳极材料mg-sr二元合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.如权利要求3所述镁空气电池阳极材料mg-sr二元合金的制备方法，其特征在于，步骤3）中，?；て瘴慷炔坏陀?9.99%的高纯氩气。

5.如权利要求3所述镁空气电池阳极材料mg-sr二元合金的制备方法，其特征在于，步骤1）中所用mg-sr中间合金为mg-20sr中间合金。

6.权利要求1所述镁空气电池阳极材料mg-sr二元合金作为镁空气电池阳极材料应用。

7.一种镁空气电池，其特征在于，包括电解液、空气阴极和权利要求1所述mg-sr二元合金阳极材料。

8.如权利要求7所述的镁空气电池，其特征在于，所述电解液为3.5?wt.%?nacl。

技术总结
本发明公开了一种镁空气电池阳极材料Mg?Sr二元合金及其制备方法，属于镁空气电池电极材料技术领域。所述镁空气电池阳极材料的质量百分比组分为：Sr：0.1~2.0?wt%，余量为镁Mg。制备方法为：称取所需比例的纯镁锭及Mg?20Sr，在氩气?；て障?，采用真空感应炉进行熔炼，随炉冷却获得铸态合金，并以铸造态直接使用。本发明的Mg?Sr二元合金阳极材料获得了比高纯镁阳极更高的放电电压，比容量和比能量。本发明所提出的Mg?Sr二元合金阳极材料成本低且熔炼方法简单，能改善镁空气电池的放电性能，具有良好的应用前景。

技术研发人员：王丽,宋姗姗,张敬来,凌宁
受?；さ募际跏褂谜撸?/b>河南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8