Al对镁空气电池用挤压态Mg-Al-Ca-Mn合金阳极腐蚀和放电性能的影响

doi:10.11901/1005.3093.2024.409

材料研究学报 DOI: 10.11901/1005.3093.2024.409

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Al对镁空气电池用挤压态Mg-Al-Ca-Mn合金阳极腐蚀和放电性能的影响

邱玮,李玉林,闫瑞,李雅文,陈维,甘浪,任延杰,陈荐

长沙理工大学

Effect of Al on anodic corrosion and discharge properties of extruded Mg-Al-Ca-Mn alloys for magnesium-air batteries

引用本文:

邱玮李玉林闫瑞李雅文陈维甘浪任延杰陈荐. Al对镁空气电池用挤压态Mg-Al-Ca-Mn合金阳极腐蚀和放电性能的影响[J]. 材料研究学报, 10.11901/1005.3093.2024.409.

全文: PDF(33481 KB)

摘要: 本文系统研究了镁空气电池用阳极材料挤压态Mg-Al-Ca-Mn合金中Al含量对其在3.5%NaCl电解液中的腐蚀行为和电化学性能的影响。实验结果表明，AMX411合金表现出卓越的耐腐蚀性和放电性能。在72 h的析氢失重测试中，AMX411合金拥有最小的析氢量（2.25±0.07 mL·cm-2）和失重量（2.83±0.12 mg·cm-2）；在电化学测试中，AMX411合金的腐蚀电位(φcorr)和腐蚀电流密度(Jcorr)分别是-1.267 V和67.9±0.16 μA·cm-2，表示其较小的电化学活性和最佳的耐腐蚀性能。此外，在4 h半电池放电测试中，AMX411合金不论在何种放电电流密度下(5,10,20,30 mA·cm-2),都保持着较负且稳定电压，并且在20，30 mA·cm-2的放电电流密度下，其放电效率高达61.36%和65.35%，显著优于AMX111合金的41.83%和44.79%。深入研究发现，AMX411合金得益于其内部含Al第二相的更小、更均匀的分布，有效地降低了局部电势差，抑制了微电偶腐蚀效应，从而获得最佳的耐腐蚀性能，而且其在高电流密度条件下仍能展现出较高的阳极利用率，这都是其成为镁空气电池阳极材料有利优势。

关键词 ：金属材料, Mg-Al-Ca-Mn合金, 镁空气电池, 腐蚀行为, 电化学性能

Abstract：The effect of Al content in extruded Mg-Al-Ca-Mn alloy, an anode material for magnesium-air batteries, on its corrosion behavior and electrochemical performance in 3.5%NaCl electrolyte was investigated. The results show that the AMX411 alloy exhibits excellent corrosion resistance and discharge performance. In the 72 h hydrogen precipitation and weight loss test, AMX411 alloy possessed the smallest amount of hydrogen precipitation (2.25±0.07 mL·cm-2) and weight loss (2.83±0.12 mg·cm-2); in the electrochemical test, the corrosion potential (φcorr) and the corrosion current density (Jcorr) of AMX411 alloy were -1.267 V and 67.9±0.16 μA·cm-2 indicating its small electrochemical activity and best corrosion resistance. In addition, in the 4 h half-cell discharge test, AMX411 alloy maintained a negative and stable voltage regardless of the discharge current densities (5, 10, 20, and 30 mA·cm-2), and its discharge efficiency was as high as 61.36% and 65.35% at 20 and 30 mA·cm-2, which was significantly better than that of AMX111 alloy (41.83% and 44.79%). 41.83% and 44.79%. In-depth study reveals that AMX411 alloy benefits from the smaller and more uniform distribution of its internal Al-containing second phase, which effectively reduces the local potential difference and suppresses the micro coupling corrosion effect, thus obtaining the best corrosion resistance, and it still exhibits high anode utilization under high current density, which are all favorable advantages for it to become the anode material for magnesium-air batteries.

Key words： metal material, Mg-A1-Ca-Mn alloy, Mg-air battery, self-corrosion behavior, electrochemical performance

收稿日期: 2024-10-08

基金资助:国家自然科学基金;国家自然科学基金;国家自然科学基金;湖南省教育厅科学研究项目

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