本发明专利技术提供一种海水电池用铝合金阳极材料及制备方法，采用微合金化的方法提高铝合金在海水介质中的电化学性能。先通过添加活化元素Ga、Bi、Cd、Pb，促进铝合金表面氧化膜层溶解脱落，使阳极的电位显著负移，提高阳极的活化性能；然后添加析氢电位比较高的元素Sn，Zn，Mn，在一定程度上使铝合金的析氢过电位增大，降低阳极发生析氢腐蚀的几率，从而提高阳极的电流效率；最后通过控制铝锭中杂质元素Fe和Cu的含量，降低铝合金阳极的自腐蚀，改善溶解形貌。在阳极制备过程中，通过控制各组分投料顺序及工艺参数，使材料在海水介质中具有较负的工作电位、较高的活性及较低的自腐蚀率，可有效提高铝‑海水电池的驱动电位和电流效率。
A kind of aluminum alloy anode material for seawater battery and its preparation method
【技术实现步骤摘要】
一种海水电池用铝合金阳极材料及制备方法
本专利技术涉及铝-海水电池用阳极材料，更具体地是指一种高活性铝合金阳极材料及制备方法，属于合金材料领域。该材料在海水介质中具有较负的工作电位、较高的活性及较低的自腐蚀率，可有效提高铝-海水电池的驱动电位和电流效率。
技术介绍
海水电池由阳极(正极)、阴极(负极)和电解质(海水)组成。电池工作时，负极电流由阳极金属在海水电解液中失去电子成为金属离子而产生，海水电解液中的溶解氧在惰性电极上得到电子发生还原反应而产生正极电流。海水电池中所使用的电解质是天然海水，可以取之不尽，尤其对于海洋装备如浮标、水下潜器、鱼雷等而言，海水电池的优势更加明显，因此海水电池的开发与应用具有较为广阔的发展前景。海水电池用阳极材料包括镁、铝、锌等活泼金属，其中，铝合金作为阳极有其独特的优点：①铝合金电化学当量高(2980Ah/kg)，是几种常用阳极金属中电容量最高的，可以提供大功率放电；②电极电位较负，标准电极电位为-1.66V(vs.SCE)，能为电池提供高的驱动电压；③铝的资源丰富，价格低廉。但由于铝的自钝化特性，其在中性介质中容易形成致密的表面钝化膜，导致活性大大降低，因此，目前常见的铝空气电池或铝海水电池的电解液大都采用强碱性溶液，目的是为抑制铝的钝化现象，如我国专利技术专利CN105140596B和CN1066763343B等专利技术了在碱性介质中性能良好的铝合金阳极材料。对于海洋装备用海水电池而言，采用碱性电解液首先会增加电池的制造成本，同时对电池的制备技术和储存等也带来困难，如能直接使用海水介质作为电解质将为电池的使用带来极大的便利，并具有显著的经济效益。因此，开发海水介质中性能优异的铝合金阳极材料具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种海水电池用铝合金阳极材料及其制备方法，该阳极材料在海水介质中具有较负的工作电位、较高的活性及较低的自腐蚀率，可以为海水电池用阳极材料提供新的解决方案。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：1、本专利技术提供一种海水电池用铝合金阳极材料，其组成成分的质量百分比为：Ga0.01-0.1％、Zn0.01-0.5％、Bi0.1-0.5％、Sn0.1-0.5％、Cd0.01-0.2％、Pb0.02-0.1％、Mn0.02-0.2％，杂质元素总含量≤0.1％，其中杂质Fe≤0.07％、杂质Cu≤0.005％，余量为Al。可选地，阳极材料采用高温熔炼的方法制备，按如下步骤生产铝合金阳极材料：1)在熔炼炉冷态时，将配方用量的Al元素和Mn元素加入，以10-20℃/min的升温速率持续加热，将Al元素、Mn元素熔化；2)然后加入配方用量的Zn、Pb和Cd元素，继续升温至780±20℃，3)待熔炼炉中的原材料完全熔化后，用铝箔包裹配方用量的Ga、Bi、Sn元素投入熔炼炉，并用石墨棒搅拌4-10min使合金液混合均匀，然后静置8-15min，清除氧化渣后将合金液匀速、连续地浇入模具，合金液凝固后用自来水冲洗冷却，随后起模。可选地，对熔炼制备的阳极材料进行进一步热处理：将阳极材料在500℃-520℃下固溶处理8-12h，然后在120℃-170℃下回火7-9h。可选地，Al元素的加入选用铝锭，其中杂质Fe含量不大于0.07％、杂质Cu含量不超过0.005％。可选地，Mn元素的加入选用Al-Mn中间合金。可选地，各组成组分的纯度应不低于99.99％。2、本专利技术另提供一种海水电池用铝合金阳极材料的制备方法，阳极材料采用高温熔炼的方法制备，按如下步骤生产铝合金阳极材料：1)在熔炼炉冷态时，将配方用量的Al元素和Mn元素加入，以10-20℃/min的升温速率持续加热，将Al元素、Mn元素熔化；2)然后加入配方用量的Zn、Pb和Cd元素，继续升温至780±20℃，3)待熔炼炉中的原材料完全熔化后，用铝箔包裹配方用量的Ga、Bi、Sn元素投入熔炼炉，并用石墨棒搅拌4-10min使合金液混合均匀，然后静置8-15min，清除氧化渣后将合金液匀速、连续地浇入模具，合金液凝固后用自来水冲洗冷却，随后起模。8、根据权利要求7所述的一种海水电池用铝合金阳极材料的制备方法，其特征在于，对熔炼制备的阳极材料进行进一步热处理：将阳极材料在500℃-520℃下固溶处理8-12h，然后在120℃-170℃下回火7-9h。可选地，Al元素的加入选用铝锭，其中杂质Fe含量不大于0.07％、杂质Cu含量不超过0.005％。可选地，Mn元素的加入选用Al-Mn中间合金，如AlMn10-30，具体可以是AlMn10、15、20、30中间合金。本专利技术的一种海水电池用铝合金阳极材料及制备方法，与现有技术相比所产生的有益效果是：本专利技术采用微合金化的方法提高铝合金在海水介质中的电化学性能。首先通过添加活化元素Ga、Bi、Cd、Pb，促进铝合金表面氧化膜层溶解脱落，使阳极的电位显著负移，提高阳极的活化性能；然后添加析氢电位比较高的元素Sn，Zn，Mn，在一定程度上使铝合金的析氢过电位增大，降低阳极发生析氢腐蚀的几率，从而提高阳极的电流效率；最后通过控制铝锭中杂质元素Fe和Cu的含量，降低铝合金阳极的自腐蚀，改善溶解形貌。在阳极制备过程中，通过控制各组分的投料顺序和熔炼温度，最大程度上减少阳极组分的烧损，确保阳极材料的制备质量和电化学性能；通过进一步固溶处理改善阳极材料中偏析相的尺寸、数量和分布，并在一定程度上细化晶粒，消除冶金缺陷，使阳极溶解更均匀；低温回火使固溶在阳极材料中的第二相大量析出，使活化点增多从而提高放电活性。本专利技术所制备的阳极材料在海水介质中具有较负的工作电位、较高的活性及较低的自腐蚀率，可有效提高铝-海水电池的驱动电位和电流效率。具体实施方式下面结合具体实施例，对本专利技术的一种海水电池用铝合金阳极材料及制备方法作以下详细说明。实施例1：本实施例的海水电池用铝合金阳极材料，其组成成分的质量百分比为：Ga0.1％、Zn0.1％、Bi0.1％、Sn0.2％、Cd0.2％、Pb0.1％、Mn0.2％，余量为Al。阳极制备时Al元素选用铝锭，其纯度为99.9％，其中杂质Fe含量≤0.07％、杂质Cu含量≤0.005％。Mn元素因熔点过高，原材料选用熔点相对较低的AlMn15中间合金；其余组分的纯度应不低于99.99％；阳极材料采用高温熔炼的方法制备，按如下步骤生产铝合金阳极材料：1)在熔炼炉冷态时，将配方用量的Al元素和Mn元素加入，以10℃/min的升温速率持续加热，将Al元素、Mn元素熔化；2)然后加入配方用量的Zn、Pb和Cd元素，继续升温至760℃，3)待熔炼炉中的原材料完全熔化后，用铝箔包裹配方用量的Ga、Bi、Sn元素投入熔炼炉，并用石墨棒搅拌4min使合金液混合均匀，然后静置8min，清除氧化渣后将合金液匀速、连续地浇入模具，合金液凝固后用自来水本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海水电池用铝合金阳极材料，其特征在于，其组成成分的质量百分比为：Ga0.01-0.1％、Zn 0.01-0.5％、Bi 0.1-0.5％、Sn 0.1-0.5％、Cd 0.01-0.2％、Pb 0.02-0.1％、Mn 0.02-0.2％，杂质元素总含量≤0.1％，其中杂质Fe≤0.07％、杂质Cu≤0.005％，余量为Al。/n
【技术特征摘要】
1.一种海水电池用铝合金阳极材料，其特征在于，其组成成分的质量百分比为：Ga0.01-0.1％、Zn0.01-0.5％、Bi0.1-0.5％、Sn0.1-0.5％、Cd0.01-0.2％、Pb0.02-0.1％、Mn0.02-0.2％，杂质元素总含量≤0.1％，其中杂质Fe≤0.07％、杂质Cu≤0.005％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种海水电池用铝合金阳极材料，其特征在于，阳极材料采用高温熔炼的方法制备，按如下步骤生产铝合金阳极材料：
1)在熔炼炉冷态时，将配方用量的Al元素和Mn元素加入，以10-20℃/min的升温速率持续加热，将Al元素、Mn元素熔化；
2)然后加入配方用量的Zn、Pb和Cd元素，继续升温至780±20℃，
3)待熔炼炉中的原材料完全熔化后，用铝箔包裹配方用量的Ga、Bi、Sn元素投入熔炼炉，并用石墨棒搅拌4-10min使合金液混合均匀，然后静置8-15min，清除氧化渣后将合金液匀速、连续地浇入模具，合金液凝固后用自来水冲洗冷却，随后起模。
3.根据权利要求2所述的一种海水电池用铝合金阳极材料，其特征在于，对熔炼制备的阳极材料进行进一步热处理：将阳极材料在500℃-520℃下固溶处理8-12h，然后在120℃-170℃下回火7-9h。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种海水电池用铝合金阳极材料，其特征在于，Al元素的加入选用铝锭，其中杂质Fe含量不大于0.07％、杂质Cu含量不超过0.005％。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种海水...
【专利技术属性】
技术研发人员：张海兵，刘广义，马力，孙明先，洪刚，段体刚，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二五研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37
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