本发明专利技术涉及一种镁合金阳极材料及其制备方法；属于大功率化学电源新型阳极材料开发制备技术领域。本发明专利技术所述镁合金阳极材料可以用作海水电池和空气电池的阳极材料，其化学成分以质量百分比计包括：Al：4～7％、Sn：0.5～1.5％、Ce：0.05～0.5％、余量为Mg、杂质含量≦0.01％。该合金材料采用熔炼、热处理、挤压、轧制等金属材料加工工艺获得一种电化学性能优良、自腐蚀速率较低、阳极效率高的镁合金板材。本发明专利技术合金组分设计合理，制备工艺简单，所得产品性能优良，便于大规模的工业化应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种镁合金阳极材料及其制备方法；属于大功率化学电源新型阳极材料开发制备
技术介绍
金属镁作为阳极材料具有密度小、理论电容量大、电位负、极化率低等特点。其标准电极电位为-2.37V，在中性介质中可达-2.7V；因此具有高的比能量，其理论比能量等达到6.8kW h kg-1，仅次于金属锂、铝。然而金属锂过于活泼在常温下很能难存储，铝阳极材料必须在高浓度的碱性介质中才能发挥最佳放电性能。中国的镁资源丰富，矿石类型齐全、分布范围广，总储量占世界的2.25％，居世界第一，所以镁合金阳极材料具有其独特的优势。镁阳极可与MnO2、AgCl、CuCl、PbC12、Cu2I2等等阴极组装成海水电池单体或是电池组，在干燥的环境中长时间的存储，当浸没在海水中，利用海水作为电解质将电池快速激活为无人航行系统、浮标、航标、声纳、紧急救生装置等提供电能。镁空气电池则是利用镁合金板作为阳极，带有很强催化能力的贵金属、碳基材料、过渡金属氧化物等作为阴极、例如铂(Pt)、多孔碳、二氧化锰(MnO2)。当镁空气电池中灌入中性的溶液(NaCl或是KCl)，该电池就可以提供所需的电能。镁空气电池最早源于1960年，一家名为General Electric(GE)的美国公司，该公司最早开发了一款镁空气燃料电池。最近，加拿大的Greenvolt Power公司成功研制出一
种连续的Mg/海水/空气燃料电池(MASWFC)，这种电池比铅酸蓄电池有着更高的能量密度。这种电池系统还可以为电视、手机和汽车提供电能。另外一家加拿大的公司MagPowerTM Systems也研发了一种镁空电池，结合Mg、氧气和盐水电解质。利用镁合金作为阳极，海水作为电解质，溶解在海水中的氧作为阴极，镁空电池同样可以应用于海底仪器。在1996年，挪威和意大利合作研发镁空燃料电池用于自动控制系统来勘探海上油田。这种燃料电池由两大堆组成，它的能量密度为650kWh和寿命为15年。深海电池同样用于灯塔，浮板和深海监测设备。同时，镁空电池是军事应用的一个选择。海军意识到镁空燃料电池和镍锌电池的混合作为探测器的能量提供者，可以提供超过两周的25kW的脉冲电源。可以看出，利用镁合金作为阳极材料组装得到的海水电池或空气电池都具有广泛的应用前景。目前，决定镁电池性能的关键材料镁合金阳极材料其成分与加工工艺都处于完全保密状态。镁合金阳极在工作过程中存在钝化和极化，使阳极的电流效率降低、激活时间延长、放电过程不平稳，从而使其应用受到了很大的限制。专利200710143645.0公开了一种“镁空气燃料电池阳极材料的制造方法”其步骤包括：制备洁净镁；将洁净镁进行合金化处理；添加晶粒细化剂并通过冷却速率及结晶器的结构将合金化的洁净镁制成晶粒细小的镁合金棒材；以及将板材加工成板材。专利200810127885.6公开了一种鱼雷电池阳极镁合金生产方法，其所设计的镁合金的成分为“Mg1.2-1.4wt％、Hg0.5-0.7wt％、Ga0.02％Ce”，其采用近终成形铸轧薄板方法和多道次冷轧方法生产。专利CN200810127886.0公开了一种鱼雷电池的含汞阳极镁合金材料的熔炼方法；其通过化合物汞合金化方法、汞蒸气硫化复合方法和低温熔炼方法制备。专利03142626.3公开了“镁电
池阳极板材”，其所设计的材料中Al5-8％、Zn0.5-2.5％、Mn0.1-0.5％、0.1-1.0％的多元微量添加剂；其通过连续铸造或连续铸轧得到；其所得板材的金相组织为由表面层向内生长的柱状晶，组织致密Mg-Al-Zn-Mn合金。专利201010501387.0公开了一种镁合金燃料电池的阳极及其制备方法；其所设计的镁合金的组分为“Mg 80-86％、Al 3.1-7.6％、Li 3.5-9.2％、Zn 0.8-2.0％、二氧化锰0.2-1.5％、稀土元素0.5-5.0％”。除此之外目前已有文献报道的海水激活电池阳极材料有AP65(Al:6.0～7.0％，Pb:4.4～5.0％，Zn:0.4～1.5％，Mn:0.15～0.3％，余量为Mg)、MTA75(Al:4.6～5.6％，TI:4.6～5.6％，Mn≤0.25％，余量为Mg)、Mg-Hg-Ga(Hg:2.0％，Ga:4.0％，余量为Mg)、Mg-Al-Ga(Al:1.0～7.0％，Ga:0.5～4％，余量为Mg)等。上述镁合金用作阳极材料是共同特点是电位高、析氢量低、成泥少，可以100～300mAcm-2电流密度下稳定放电，在但是使用效率均在60％以下。同时人们还尝试了以纯镁、纳米级镁颗粒、AZ31、AZ61、AZ91、AM50、AM60、Mg-Li合金等等来作为镁空电池阳极材料；但这些阳极材料的共同特点是电位高，析氢率低、使用效率高，但是其放电活性低，仅仅在电流密度10mAcm-2以下稳定放电，而且放电电压很低(一般为1.3～0.8V)。
技术实现思路
本专利技术一种镁合金阳极材料，可以用作海水电池和空气电池的阳极材料，其化学成分以质量百分比计包括：Al：4～7％、优选为5-6％；Sn：0.5～1.5％、优选为0.8-0.95％；Ce：0.05～0.5％、优选为0.05～0.45％；进一步优选为：0.25～0.3％余量为Mg；杂质含量≦0.01％。本专利技术一种镁合金阳极材料，所述镁合金阳极材料中含有Al4Ce相。所述Al4Ce相占镁合金阳极材料总质量的0.089-0.534％。可以用作海水电池和空气电池的阳极材料，通过铸造、挤压、轧制等工艺加工成不同的形状，采用中性的1～5％的(NaCl或KCl)溶液作为电解质的情况下，可作为海水激活电池和镁空气电池用镁合金阳极材料。本专利技术一种镁合金阳极材料的制备方法；包括下述步骤：步骤一按设计组分配取铝源、锡源、铈源、镁源；将配取的铝源、锡源、铈源、镁源熔融后浇铸，得到铸锭；步骤二对步骤一所得铸锭进行均匀化退火处理，得到半成品；所述均匀化退火处理的温度为350℃～450℃；步骤三对步骤二所得半成品进行变形处理；得到成品；所述变形处理为挤压和/或轧制。本专利技术一种镁合金阳极材料的制备方法；所述铝源选自纯铝、铝镁中间合金、铝锡中间合金、铝铈中间合金中的至少一种。所述纯铝的纯度大于等于99.9％。本专利技术一种镁合金阳极材料的制备方法；所述锡源选自纯锡、铝锡中间合金、镁锡中间合金中的至少一种。本专利技术一种镁合金阳极材料的制备方法；所述铈源为镁铈中间合金。本专利技术一种镁合金阳极材料的制备方法；所述镁源选自纯镁、镁铝中间合金、镁锡中间合金、镁铈中间合金中的至少一种。优选为纯镁和镁铈中间合金。所述纯镁的纯度大于等于99.9％。本专利技术一种镁合金阳极材料的制备方法；步骤一中，按设计组分配取铝源、锡源、铈源、镁源；所述铝源为纯铝、所述锡源为纯锡、所述铈源为镁铈中间合金、所述镁源由纯镁和镁铈中间合金组成；然后在保护气氛下，升温至720～780℃，将配取的纯镁加入炉中熔化，接着将铝源、锡源加入熔液中，搅拌均匀后加入镁铈中间合金，当镁铈中间合金完全溶化后，搅拌均匀，降温至690～710℃，静置、浇铸，得到铸锭。作为优选方案，本专利技术一种镁合金阳极材料的制备方法；将铝源、锡源加入熔液中至铝源、锡源完全溶化后，搅拌5～本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种镁合金阳极材料，其特征在于：所述镁合金阳极材料可以用作海水电池和空气电池的阳极材料，其化学成分以质量百分比计包括：Al：4～7％；Sn：0.5～1.5％；Ce：0.05～0.5％；余量为Mg；杂质含量≦0.01％。
【技术特征摘要】
1.一种镁合金阳极材料，其特征在于：所述镁合金阳极材料可以用作海水电池和空气电池的阳极材料，其化学成分以质量百分比计包括：Al：4～7％；Sn：0.5～1.5％；Ce：0.05～0.5％；余量为Mg；杂质含量≦0.01％。2.根据权利要求1所述的一种镁合金阳极材料，其特征在于：所述镁合金阳极材料以质量百分比计包括：Al：5.0-6.0％；Sn：0.8-1.0％；Ce：0.05～0.45％；余量为Mg；杂质含量≦0.01％。3.根据权利要求2所述的一种镁合金阳极材料，其特征在于：所述镁合金阳极材料以质量百分比计包括：Al：5.5-6.0％；Sn：0.8-0.95％；Ce：0.25～0.3％；余量为Mg；杂质含量≦0.01％。4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种镁合金阳极材料，其特征在于：所述镁合金阳极材料中含有Al4Ce相；所述Al4Ce相占镁合金阳极材料总质量的0.089-0.534％。5.一种制备如权利要求1-3任意一项所述镁合金阳极材料的方法；其特征在于包括下述步骤：步骤一按设计组分配取铝源、锡源、铈源、镁源；将配取的铝源、锡源、铈源、镁源熔融后浇铸，得到铸锭；步骤二对步骤一所得铸锭进行均匀化退火处理，得到半成品；所述均匀化退火处理的温度为350℃～450℃；步骤三对步骤二所得半成品进行变形处理；得到成品；所述变形处理为挤压和/或轧制。6.根据权利要求5所述的一种镁合金阳极材料的制备方法；其特征在于：所述铝源选自纯铝、铝铈中间合金、铝镁中间合金、铝锡中间合金中的至少一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：余琨，熊汉青，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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