一种稀土铝合金电极材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种稀土铝合金电极材料的制备方法。以纯度≥99.9％的铝(CP级)为原料，所添加元素质量分数分别为：Zn：0.05～49％；Ga：0.05～0.15％；In：0.05～0.20％；Pb：0.01～0.10％；Mn：0.05～0.30％；Sn：0.05～0.30％；Re：0.20～0.50％；杂质质量含量≤0.01％。该方法采用稀土元素的掺杂制备稀土铝合金电极材料，再通过外加磁场凝固处理，得到性能优异的稀土铝合金电极材料，为铝燃料电池实际应用提供材料支持。本发明专利技术的特点是外加磁场凝固处理稀土铝合金电极材料，能改善铝合金电极极化性能，可抑制析氢腐蚀，提高阳极利用率，增加工作电位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于高性能电池用铝合金电极 材料的制备

技术介绍
铝的电化当量高，为· h · kg_\电极电位也较负，在碱性介质中可 达-1.4V(vS.Hg/HgO)。因此，金属铝是一种理想的电极材料。由于铝在电解液中的腐蚀速 度太快，产生大量的氢气，导致阳极的法拉第效率极低；同时铝表面所覆盖的氧化膜，致使 铝阳极过电位升高，降低了阳极的电压效率，所以往往需要加入其它的元素进行改性。通常 在铝合金加入能降低氧化膜电阻，形成低共熔体合金，并且具有高氢超电位的金属元素。稀 土元素可以有效地细化铝合金晶粒，缩小铸锭中的柱状晶，改善共晶的片状和针状组织的 组成物形态，而形成骨骼状组织，改善了铝合金中许多动态力学性能和工艺加工性能，稀土 元素在铝合金中的强化作用和它在铝合金晶体中与位错有关，因为稀土元素在晶界和相界 面的偏聚，不仅可以减少界面缺陷，改善铝合金的表面质量，更重要的是可以通过位错的交 互作用来强化界面。La和Ce是稀土铝合金中最常用的添加元素。La加入铝中可以形成 La3Al、LaAl、LaAl2、LaAlx、LaAl3、α -La3Al11 和 La3Al11 等二元化合物；Ce 加入铝中也可以形 成 a-Ce3Al、β-Ce3Al、CeAl、CeAl2、CeAl3、a-Ce3Al11、β-Ce3Al11 等二元化合物。镓、铟 也是可提高铝合金电化学性能的元素，而铅、铋、锡、锌、镁、镉等也可提高材料综合性能，锰 可以与铁形成!^eMnAl6，从而抑制！^对铝阳极库仑效率的降低。以Al-Ga、Al-In、Al-Ga-h 合金为基质，再辅以铅、铋、锡、锌、镁、镉、铁等元素可以制成系列阳极材料。加拿大铝业公 司ELTECH已研制了几种不同成分的具有高功率密度和高能量产出的铝合金。此外，铝阳极 的形状对电池性能也有一定影响，适宜的电极形状可以减小铝电极的腐蚀率，增大电池功 率和放电密度。当前铝合金阳极已经发展到三元甚至更多元合金，而且所应用的范围也越 来越广。目前研究的合金体系比较多，但效果并不理想，对稀土掺杂铝合金阳极的研究也很 少。有关磁场中铝合金凝固研究主要涉及铝合金结构材料，作为电极材料的研究还未见相 关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是可克服现有技术的不足而提供一种性能优良的电池用稀土铝合 金电极材料的制备方法。本专利技术的目的是通过下述方式实现的。根据合金成分设计将计量好的铝置于刚玉 坩埚中，使用电阻炉熔化，除渣除气，将合金元素用铝箔包好依次投入，完全熔化后，除渣， 在熔液冷却过程中施加磁场处理直至凝固，磁场强度范围为0. 001T-5T。所述的稀土铝合金电极材料中铝的质量含量为50-99%，铝的纯度彡99. 9%。稀土铝合金电极材料中所用的合金元素包括锌、铟、锡、锰、镓、铷、铋、铅、稀土中3一种或几种；纯度均为99. 999%。所述添加的稀土元素包括镧、铈、镨、钕、镝、钇中一种或 几种。所述的添加的合金元素及占稀土铝合金电极材料质量百分比分别为Zn :0. 05 49% ；Ga 0. 05 0. 15% ；In 0. 05 0. 2% ；Pb 0. 01 0. 10% ；Sn 0. 05 0. 30% ；Mn 0. 05 0. 30% ；Re :0. 05 0. 50% ；杂质质量含量< 0. 01%。所述的磁场为直流磁场、交流磁场或脉冲磁场。本专利技术首次将外加磁场凝固处理稀土铝合金电极材料，细化结晶组织，降低铝合 金腐蚀速率，减少表面钝化膜，提高电压效率及电流效率。从磁场带的波动效应来看磁感 应强度越大，电磁压力越大，波动越激烈，晶粒细化效果越显著；但磁场强度增大时，感应电 流也相应成比例增加，而感应电流会在凝固体系内产生增大的热效应，从而使过冷度减少， 进而使形核率下降，所以磁场强度过大时，反而会引起晶粒粗化。所以合适的磁场强度范围 是比较重要的。本专利技术所涉及的铝合金阳极材料和现有技术相比，具有以下优点(1)在碱性溶 液中可长时间稳定放电，铝阳极活性高，材料利用率高；( 材料自腐蚀速率小，析氢过电 位高；C3)开路电压负，输出电流大，比能量高；(4)是一种清洁、高效的手段。附图说明图1为本专利技术经过磁场凝固的铝合金的金相图；图2为未磁场凝固的铝合金的金相图。试样号经磁场凝固铝合金 未经磁场处理铝合金权利要求1.，其特征在于根据合金成分设计将计量好的 铝置于刚玉坩埚中，使用电阻炉熔化，除渣除气，将合金元素用铝箔包好依次投入，完全熔 化后，除渣，在熔液冷却过程中施加磁场处理直至凝固，磁场强度范围为0. 001T-5T。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的稀土铝合金电极材料中铝的质量 含量为50-99%，铝的纯度> 99.9%。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，稀土铝合金电极材料中所用的合金元素 包括锌、铟、锡、锰、镓、铷、铋、铅、稀土中一种或几种。4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述添加的稀土元素包括镧、铈、 镨、钕、镝、钇中一种或几种。5.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述的添加的合金元素及占稀土铝 合金电极材料质量百分比分别为Zn :0. 05 49% ；Ga :0. 05 0. 15% ；In :0. 05 0. 2% ； Pb 0. 01 0. 10% ；Sn :0. 05 0. 30% ；Mn :0. 05 0. 30% ；Re :0. 05 0. 50% ；杂质质量 含量< 0.01%。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的磁场为直流磁场、交流磁场或脉冲 磁场。全文摘要本专利技术提供了。以纯度≥99.9％的铝(CP级)为原料，所添加元素质量分数分别为Zn0.05～49％；Ga0.05～0.15％；In0.05～0.20％；Pb0.01～0.10％；Mn0.05～0.30％；Sn0.05～0.30％；Re0.20～0.50％；杂质质量含量≤0.01％。该方法采用稀土元素的掺杂制备稀土铝合金电极材料，再通过外加磁场凝固处理，得到性能优异的稀土铝合金电极材料，为铝燃料电池实际应用提供材料支持。本专利技术的特点是外加磁场凝固处理稀土铝合金电极材料，能改善铝合金电极极化性能，可抑制析氢腐蚀，提高阳极利用率，增加工作电位。文档编号C22C1/02GK102121073SQ201110004498公开日2011年7月13日 申请日期2011年1月11日 优先权日2011年1月11日专利技术者刘洪涛, 卢周广, 唐有根, 彭志光, 鲁火清 申请人:中南大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种稀土铝合金电极材料的制备方法，其特征在于：根据合金成分设计将计量好的铝置于刚玉坩埚中，使用电阻炉熔化，除渣除气，将合金元素用铝箔包好依次投入，完全熔化后，除渣，在熔液冷却过程中施加磁场处理直至凝固，磁场强度范围为０．００１Ｔ－５Ｔ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐有根，卢周广，彭志光，刘洪涛，鲁火清，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43