一种电导率表征铝阳极材料电化学活性的方法技术

本发明专利技术公开了一种电导率表征铝阳极材料电化学活性的方法，涉及铝空气电池制备技术领域。具体表征方法如下：将需表征的铝阳极材料磨样处理后测量其电导率；电导率的数值反比于铝阳极材料的电化学活性，即电导率越低，对应材料的电化学活性越好。本发明专利技术的表征方法具有无损、快速、准确、易操作的特点；采用本发明专利技术提出的电导率测试表征材料电化学活性的方法，能够快速准确表征电化学活性高的铝阳极材料。

A Method for Characterizing the Electrochemical Activity of Aluminum Anode Materials by Conductivity

The invention discloses a method for characterizing the electrochemical activity of aluminium anode material by conductivity, which relates to the technical field of preparing aluminium air battery. The specific characterization methods are as follows: the conductivity of the aluminium anode material to be characterized is measured after grinding the sample; the value of the conductivity is inversely proportional to the electrochemical activity of the aluminium anode material, that is, the lower the conductivity, the better the electrochemical activity of the corresponding material. The characterization method of the present invention has the characteristics of nondestructive, fast, accurate and easy to operate, and the method for characterizing the electrochemical activity of the material by conductivity test can quickly and accurately characterize the aluminum anode material with high electrochemical activity.

【技术实现步骤摘要】
一种电导率表征铝阳极材料电化学活性的方法
本专利技术涉及铝空气电池制备
，具体涉及一种电导率表征铝阳极材料电化学活性的方法。
技术介绍
电池在世界范围内的各个行业和领域发挥着不可或缺的作用，尤其是在汽车、航空、电信、计算机、通讯设备等领域作为起动、备用、动力或储能电源使用。相对于锂离子电池，铝空气电池具有资源丰富、能量密度高、安全性能好以及副产物附加值高等特点，是一种极具发展潜力的电池。但是作为铝空气电池的阳极材料在使用过程中存在一些问题，其中铝阳极材料在电解质溶液中耐蚀和放电活性之间矛盾是急需解决的关键问题之一。优良的铝阳极材料要求在提高耐蚀性的同时保持较高的放电活性(即较高的放电电压和放电电流)。研究铝阳极材料耐蚀及电化学活性的常规手段包括析氢、失重、电化学分析以及放电行为测试。以上测试手段均属有损检测、且耗时误差较大。大量的研究事实表明：纯铝表面致密的氧化膜一方面提高了铝阳极材料的耐蚀性，另一方面极大降低了材料的电化学活性。往纯铝阳极材料中加入微合金元素是提高阳极材料电化学活性常用的方法之一，通常加入的合金元素包括Ga、In、Mg、Hg和Sn等。合金元素提高材料的电化学活性实质是合金元素固溶进入铝基体，改变材料表面致密氧化膜的物理属性。通过涡流导电仪测试铝合金电导率是表征铝合金材料固溶及纳米析出程度的常用手段。其测试原理是当载有确定频率和振幅交流电接近铝合金表面时，线圈中交流电产生的交变磁场在铝合金表面和近表面感应产生涡流，感应涡流的磁场反作用于线圈，这种反作用的大小与铝合金表面和近表面的电导率有关。通过以电导率单位标定的仪器可直接测出导电体的电导率。由于铝阳极材料一般加入合金元素的量极少，大部分合金元素固溶进入铝基体，容易导致基体晶格畸变，降低电子在材料中传导，使材料电导率下降。
技术实现思路
针对目前表征铝阳极材料电化学活性手段存在的诸多问题，本专利技术的提供了一种电导率表征铝阳极材料电化学活性的方法，通过测量铝阳极材料表面电导率，定量表征微合金元素在铝基体中的固溶度，从而快速表征和筛选电化学活性较高的阳极材料。为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种电导率表征铝阳极材料电化学活性的方法，其特征在于，将需表征的铝阳极材料磨样处理后测量其电导率；电导率的数值反比于铝阳极材料的电化学活性，即电导率越低，对应材料的电化学活性越好。优选地，测量电导率的仪器为涡流电导仪。优选地，所述铝阳极材料的电化学活性包括铝阳极材料在碱性溶液中的放电电流和放电电压。优选地，所述铝阳极材料包括二元铝阳极材料、三元阳极材料、四元铝阳极材料。优选地，铝阳极材料磨样处理的具体方法为：对铝阳极材料依次采用不同型号的金相砂纸进行打磨，使用的金相砂纸由粗到细，最后使用的金相砂纸的型号为1800#-2500#中的任一型号。优选地，测量电导率时，对磨样处理后的样品的多个不同部位分别测量其电导率，最终电导率取不同区域的平均值。与现有技术相比，本专利技术有以下优点：本专利技术通过电导率表征铝阳极材料放电活性，具有快速、准确、易操作、无损等特点，便于快速表征和筛选铝空气电池的阳极材料，有效解决了常规的研究手段用量大、耗时长且容易出现实验误差的不足。具体评价标准是铝阳极材料电导率较低，表明合金元素固溶进入铝基体程度越高，从而对铝阳极材料表面致密氧化膜的活化程度越高，对应铝阳极材料的电化学活性(包括放电电流和放电电压)越高。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术分别以二元铝阳极材料(含镁和含锌)、三元及四元铝阳极材料为例，通过电导率测试表征其放电活性，并通过铝空气电池测试验证电导率表征放电活性(放电电流和放电电压)的准确性。实施例1：配制熔炼不同镁含量的二元铝合金阳极材料，截取一典型组织，其尺寸大约为40×60×5mm，依次采用不同型号的金相砂纸进行打磨，使用的金相砂纸由粗到细，最终采用的金相砂纸型号为2000#；然后用经较正的涡流电导仪在样品的三个不同部位分别测量其电导率，最终电导率取三处区域的平均值。验证例1：将实施例1中经打磨处理的二元铝合金阳极材料和空气阴极组装成全电池，阴阳极之间的电解液为4MNaOH溶液，用充放电测试仪在80mA/cm2恒流条件下放电1h，记录放电电压随时间的变化曲线。实施例1和验证例1的对比结果如表1所示。其中CPAl代表工业纯铝，纯度为99％左右，镁元素前面的数字代表质量分数。表1不同镁含量的二元铝合金阳极材料对应的电导率和电化学活性对比分析由表1可知，随着镁含量的增加，对应电导率下降，表明镁合金元素在铝基体中的固溶程度增加，相应电化学活性增加(在恒流条件下，对应放电电压增加)；由以上分析可知，电导率的变化趋势完全反应铝阳极材料的电化学活性。实施例2：配制熔炼不同锌含量的二元铝合金阳极材料，截取一典型组织，其尺寸大约为40×60×5mm，依次采用不同型号的金相砂纸进行打磨，使用的金相砂纸由粗到细，最终采用的金相砂纸型号为2000#；然后用经较正的涡流电导仪在样品的三个不同部位分别测量其电导率，最终电导率取三处区域的平均值。验证例2：将实施例2中经打磨处理的二元铝合金阳极材料和空气阴极组装成全电池，阴阳极之间的电解液为4MNaOH溶液，用充放电测试仪在80mA/cm2恒流条件下放电1h，记录放电电压随时间的变化曲线。实施例2和验证例2的对比结果如表2所示。其中CPAl代表工业纯铝，纯度为99％左右，锌元素前面的数字代表质量分数。表2不同锌含量的二元铝合金阳极材料对应的电导率和电化学活性对比分析由表2可知，随着锌含量的增加，对应电导率下降，表明锌合金元素在铝基体中的固溶程度增加，相应电化学活性增加(在恒流条件下，对应放电电压增加)；由以上分析可知，电导率的变化趋势完全反应铝阳极材料的电化学活性。实施例3：配制熔炼不同锰含量的二元铝合金阳极材料，截取一典型组织，其尺寸大约为40×60×5mm，依次采用不同型号的金相砂纸进行打磨，使用的金相砂纸由粗到细，最终采用的金相砂纸型号为2000#；然后用经较正的涡流电导仪在样品的三个不同部位分别测量其电导率，最终电导率取三处区域的平均值。验证例3：将实施例3中经打磨处理的二元铝合金阳极材料和空气阴极组装成全电池，阴阳极之间的电解液为4MNaOH溶液，用充放电测试仪在100mA/cm2恒流条件下放电1h，记录放电电压随时间的变化曲线。实施例3和验证例3的对比结果如表3所示。其中CPAl代表工业纯铝，纯度为99％左右，锰元素前面的数字代表质量分数。表3不同锰含量的二元铝合金阳极材料对应的电导率和电化学活性对比分析由表3可知，随着锰含量的增加，对应电导率下降，表明锌合金元素在铝基体中的固溶程度增加，相应电化学活性增加(在恒流条件下，对应放电电压增加)；由以上分析可知，电导率的变化趋势完全反应铝阳极材料的电化学活性。实施例4：配制熔炼不同合金元素的三元铝合金阳极材料，截取一典型组织，其尺寸大约为40×6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电导率表征铝阳极材料电化学活性的方法，其特征在于，将需表征的铝阳极材料磨样处理后测量其电导率；电导率的数值反比于铝阳极材料的电化学活性。

【技术特征摘要】
1.一种电导率表征铝阳极材料电化学活性的方法，其特征在于，将需表征的铝阳极材料磨样处理后测量其电导率；电导率的数值反比于铝阳极材料的电化学活性。2.根据权利要求1所述的电导率表征铝阳极材料电化学活性的方法，其特征在于，测量电导率的仪器为涡流电导仪。3.根据权利要求1所述的电导率表征铝阳极材料电化学活性的方法，其特征在于，所述铝阳极材料的电化学活性包括铝阳极材料在碱性溶液中的放电电流和放电电压。4.根据权利要求1所述的电导率表征铝阳极材料电化学活性的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭国胜，黄俊，张艳红，宋广生，宋永江，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34