通过回收铝制备铝空气电池阳极的方法技术

一种通过回收铝制备铝空气电池阳极的方法，以含铝废材为原料，采用熔体发泡法或粉末冶金法制备得到孔径为1‑30mm、孔隙率为55‑95％、Mg含量为1％‑2％、Sn含量为0.6％‑1.0％的泡沫铝合金材料；通过挤压、切割方式将泡沫铝合金材料进一步制备得到铝空气电池阳极。本发明专利技术解决了工业社会和日常生活中存在的大量废铝材料回收困难、铝空气电池金属电极在碱性工作环境中，自腐蚀析氢反应严重，特别是在大电流情况下，严重降低了铝负极的利用率和铝空气电池输出功率的技术问题。

Preparation of Anode for Aluminum Air Battery by Recovering Aluminum

A method for preparing aluminum air battery anode by means of aluminum recovery was prepared. Aluminum foam materials were prepared by melt foaming or powder metallurgy. The foam aluminum alloy material with pore diameter of 1 30mm, porosity of 55, 95%, Mg content of 1% 2% and Sn content of 0.6% 1% 1% were prepared. Anode. The invention solves the technical problems of difficult recovery of a large number of waste aluminium materials in industrial society and daily life, serious self-corrosion hydrogen evolution reaction of metal electrodes of aluminium air battery in alkaline working environment, and serious reduction of utilization rate of aluminium negative electrodes and output power of aluminium air battery, especially in the case of high current.

【技术实现步骤摘要】
通过回收铝制备铝空气电池阳极的方法
本专利技术涉及的是一种铝空气电池领域的技术，具体是一种通过回收铝制备铝空气电池阳极的方法。
技术介绍
铝空气电池是一种新型高比能电池，具有使用寿命长、适应性强、负极原料铝廉价易得、无毒环保等特点，回收再生方便，在电动车电源、潜艇AIP系统能源、水下机器人供电、高能储能电源领域具有很好的应用前景。现有铝空气电池，铝阳极材料自腐蚀严重，电池发热严重，阳极利用率较低，难以实现高的放电电压和电池功率，不满足大功率供电的要求。金属空气电池的功率密度与金属电极与电解质溶液的接触面积密切相关，提高金属电极的比表面积可以提高电池放电的功率密度。但现有技术中，缺少废铝材料再利用制备泡沫铝阳极，以实现降低阳极的自腐蚀、提供阳极利用率的应用实例。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种通过回收铝制备铝空气电池阳极的方法，针对工业社会和日常生活中存在的大量废铝材料回收困难，如废旧易拉罐、废铝线、废旧挤压型材、铝板边角料、机械加工铝屑、废旧铝合金缸体等；同时铝空气电池金属电极在碱性工作环境中，自腐蚀析氢反应严重，特别是在大电流情况下，严重降低了铝负极的利用率和铝空气电池输出功率等问题，提供一种用废铝制备多孔铝空气电池阳极材料的制备方法。。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术涉及一种通过回收铝制备铝空气电池阳极的方法，以含铝废材为原料，采用熔体发泡法或粉末冶金法制备得到孔径为1-30mm、孔隙率为55-95％、Mg含量为1％-2％、Sn含量为0.6％-1.0％的泡沫铝合金材料；通过挤压、切割方式将泡沫铝合金材料进一步制备得到铝空气电池阳极。所述的含铝废材为废旧易拉罐、废铝线、废旧挤压型材、铝板边角料、机械加工铝屑。本专利技术所采用的熔体发泡法具体为：1)将含铝废材熔化成铝液，熔炼温度为720-750℃；2)通过加入增粘剂并搅拌以增粘熔体；所述的增粘剂采用但不限于工业金属Ca，其用量为总质量的2.0％-3.0％；3)添加发泡剂并进一步加热搅拌后保温发泡并自然冷却；所述的发泡剂采用但不限于TiH2，其用量为总质量的1.0％-1.5％。所述的加热搅拌是指：在680℃环境下搅拌5-10min。所述的保温发泡是指：将加热搅拌后的混合熔体置于600℃下保温10-15min。所述的自然冷却，优选为室温下自然冷却。本专利技术所采用的粉末冶金法具体为：①将含铝废材通过冷加工粉碎机粉碎。所述的粉碎，平均粒径为1-3mm。②将粉碎后的粉末与发泡剂、Mg和Sn混合后压力成型，得到铝粉末胚体。所述的混合是指：发泡剂的用量为总质量的0.8％-1.2％，Mg的用量为总质量的1％-2％、Sn的用量为总质量的0.6％-1.0％。所述的混合，优选混合时间为180分钟。所述的压力成型是指：采用300-450MPa冷压密实后保压10分钟，再加热到450℃后热挤压制坯。所述的热挤压，其挤压模具采用的挤压比为(10～20):1。③将铝粉末胚体置入模具中预热后，迅速转移到保温炉中保温发泡即得。所述的预热是指：将铝粉末胚体放入到550℃的保温炉中预热8分钟。所述的保温发泡是指：当模具和预制体温度均达到550℃后迅速转移到800℃的加热炉中保温加热，保温时间为60-90秒，冷却方式为水冷。本专利技术涉及一种铝空气电池，包括上述含稀土铝合金阳极材料制备得到的阳极、由催化层、镍网导电骨架和防水透气层组成的阴极、由MnO2催化剂、活性炭与聚四氟乙烯组成的催化层以及电解液。技术效果与现有技术相比，本专利技术通过Mg元素的添加，细化了合金晶粒。本专利技术通过Mg、Sn元素的添加，有效活化铝合金阳极并降低其析氢自腐蚀速率。本专利技术采用废铝制备成泡沫铝合金，增大了铝合金阳极材料与电解液的接触面积，提高了阳极利用率及电池功率。附图说明图1为实施例1铝空气电池开路电压；图2为实施例2铝空气电池开路电压。具体实施方式实施例1本实施例具体包括以下步骤：1、将压扁清洗干净的易拉罐、铝板边角料、机械加工铝屑直接投入冷加工粉碎机给料仓，粉碎成粉末，平均粒径为1-3mm，颗粒形状为球形、半球形及躲棱形；对于废铝线、废旧挤压型材，首先将其截成线段，根据成品粉的要求，截断长短4～6毫米，统一规格的线段毛料再经冷加工粉碎机加工，粉末粒径平均为1-3mm，颗粒形状为球形、半球形及躲棱形。2、将废铝粉末、发泡剂及添加元素Mg、Sn按以下比例混合后进行压力成型：发泡剂的含量为1.0％，Mg具体含量为1％、Sn具体含量为0.8％，混合时间为180分钟，先300-450MPa冷压密实，保压时间为10分钟，然后再加热到450℃后热挤压制坯，挤压模具采用的挤压比为10：1。3、将制得的铝粉末胚体置入模型中，预热一段时间后，迅速转移到保温炉中保温发泡，发泡后即可制得泡沫铝材。先将铝粉末胚体放入到550℃的保温炉中预热8分钟，待模具和预制体温度均达到550℃后迅速转移到800℃的加热炉中保温加热，保温时间为90秒，冷却方式为水冷。实施例2本实施例具体包括以下步骤：1、将废旧易拉罐、废铝线、废旧挤压型材、铝板边角料、机械加工铝屑、废旧铝合金缸体等废铝材料，熔化成铝液，熔炼温度为720℃；2、通过加入增粘剂并搅拌以增粘熔体选用的增粘剂为工业金属Ca，质量分数为2.5％；3、添加发泡剂，加入质量分数为1.2％的TiH2搅拌8min，温度为680℃；4、保温发泡，取出搅拌器，将熔体置于600℃下保温12min使其完成发泡过程；5、冷却，将坩埚从炉内取出并在室温下自然冷却。通过上述方式制备得到的泡沫铝合金材料，进一步经过挤压、切割处理得到铝合金阳极材料；将制备的阳极材料与由催化层、镍网导电骨架和防水透气层组成的阴极、由MnO2催化剂、活性炭与聚四氟乙烯组成的催化层以及电解液组装得到铝空气电池。对上述铝合金材料进行自腐蚀测试及电池性能检测，得到以下性能比较：自腐蚀率(mg/cm2·h)铝空气电池/开路电压(V)实施例116.561.69实施例217.781.74上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本专利技术原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本专利技术的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本专利技术之约束。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过回收铝制备铝空气电池阳极的方法，其特征在于，以含铝废材为原料，采用熔体发泡法或粉末冶金法制备得到孔径为1‑30mm、孔隙率为55‑95％、Mg含量为1％‑2％、Sn含量为0.6％‑1.0％的泡沫铝合金材料；通过挤压、切割方式将泡沫铝合金材料进一步制备得到铝空气电池阳极。

【技术特征摘要】
1.一种通过回收铝制备铝空气电池阳极的方法，其特征在于，以含铝废材为原料，采用熔体发泡法或粉末冶金法制备得到孔径为1-30mm、孔隙率为55-95％、Mg含量为1％-2％、Sn含量为0.6％-1.0％的泡沫铝合金材料；通过挤压、切割方式将泡沫铝合金材料进一步制备得到铝空气电池阳极。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的含铝废材为废旧易拉罐、废铝线、废旧挤压型材、铝板边角料、机械加工铝屑。3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的熔体发泡法具体为：将含铝废材熔化成铝液，熔炼温度为720-75...

【专利技术属性】
技术研发人员：任建明，付超鹏，张佼，孙宝德，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31