一种无稀土铝合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于铝空气电池技术领域，具体涉及一种无稀土铝合金及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的无稀土铝合金包括以下质量百分含量的元素组分：Bi 0.2～1.0％、In 0.05～0.2％、Mg 0.2～1.0％和余量的Al。本发明专利技术将Bi、In和Mg加入到铝基体中，通过空穴作用和低共熔体破坏了致密的氧化膜，降低了氧化膜的电阻，将其应用于铝空气电池的阳极时，提高了阳极的电化学活性，进而提高了铝空气电池的放电电压和能量密度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种无稀土铝合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于铝空气电池
，具体涉及一种无稀土铝合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]铝空气电池作为新型的能源电池，因其具有轻质、零污染、比能量高、成本低、安全性好等优点，而广泛应用于交通运输、工业生产和海洋应急设备等领域。
[0003]传统的铝空气电池采用纯铝作为阳极材料，但是只有当铝的纯度达到99.999％以上才适合作为铝空气电池的阳极，这对于铝的电解制备工艺的要求很高，增加了电池的成本，因此，通常需要对其进行合金化处理。通过采用合金化处理，降低成本的同时，还能够满足作为铝空气电池阳极的使用要求。
[0004]但目前对于铝合金材料来说，其表面依然容易形成致密的氧化膜，在电极反应中阻碍铝与电解液的接触，发生钝化现象，使得电极电位迅速下降，电化学活性降低，进而使得放电电压和能量密度降低。中国专利CN111740094A公开了一种铝合金，其中采用稀土元素Ce结合元素In、Sn和Mg，使得合金晶粒细化，极化减弱，提高了铝阳极板的放电电压和能量密度，但是稀土元素价格昂贵，生产成本高，限制了铝空气电池的推广使用。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种无稀土铝合金及其制备方法和应用，将本专利技术提供的无稀土铝合金作为阳极应用于铝空气电池时，具有较高的放电电压和能量密度，且原料成本低。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种无稀土铝合金，包括以下质量百分含量的元素组分：Bi 0.2～1.0％、In 0.05～0.2％、Mg 0.2～1.0％和余量的Al。
[0008]优选的，所述无稀土铝合金，包括以下质量百分含量的元素组分：Bi0.4～1.0％、In 0.05～0.1％、Mg 0.4～0.7％和余量的Al。
[0009]本专利技术还提供了上述技术方案所述的无稀土铝合金的制备方法，包括以下步骤：
[0010]按照上述技术方案所述的无稀土铝合金中金属元素的质量配比，将Bi源、In源、Mg源和Al源混合熔融，得到熔融液；
[0011]将所述熔融液浇铸成型后，依次进行轧制和退火，得到所述无稀土铝合金。
[0012]优选的，所述Al源为金属铝，所述Bi源为金属铋，所述In源为金属铟，所述Mg源为金属镁；
[0013]所述金属铝、金属铋、金属铟和金属镁的纯度独立的为≥99.99％。
[0014]优选的，所述混合熔融的温度为730～800℃，时间为15～30min。
[0015]优选的，所述浇铸成型的时间为5～10min。
[0016]优选的，所述轧制的方式为冷轧。
[0017]优选的，所述轧制为多道次轧制，所述轧制的总压下量为60～80％，每道次的压下
量为10～20％。
[0018]优选的，所述退火的温度为300～450℃，时间为3～10h。
[0019]本专利技术还提供了上述技术方案所述无稀土铝合金或上述技术方案所述制备方法制备得到的无稀土铝合金作为阳极在铝空气电池中的应用。
[0020]本专利技术提供一种无稀土铝合金，包括以下质量百分含量的元素组分：Bi0.2～1.0％、In 0.05～0.2％、Mg 0.2～1.0％和余量的Al。在本专利技术中，将Bi、In和Mg加入到铝基体中，所述Bi和In能够在铝基体表面氧化膜中产生孔隙，降低氧化膜电阻；同时，Bi和In还能够形成低共熔晶体或颗粒，所述低共熔晶体或颗粒附着在铝基体和表面氧化膜之间，使氧化膜呈现不连续结构，破坏氧化膜与铝基体之间的附着结构；所述镁可有效提高铝合金板材的强度，并能提高其他添加元素的溶解度，可有效改善放电活性。将本专利技术提供的无稀土铝合金应用到铝空气电池的阳极时，在各组分的协同作用下，使铝合金的电化学活性得到提高，进而提高了铝空气电池的放电电压和能量密度；并且所采用的原料中不包含稀土元素，简单易得，降低了生产成本。根据实施例的结果表明，本专利技术得到的铝合金在40mA
·
cm
‑2电流密度下的放电电压为1.056～1.367V，能量密度为2756.8～3531.9Wh
·
kg
‑1；在100mA
·
cm
‑2电流密度下的放电电压为0.606～0.901V，能量密度为1570.0～2447.3Wh
·
kg
‑1。
附图说明
[0021]图1为实施例3和4以及对比例1得到的铝合金阻抗测试图；
[0022]图2为实施例3和4以及对比例1得到的铝合金极化测试图。
具体实施方式
[0023]本专利技术提供了一种无稀土铝合金，包括以下质量百分含量的元素组分：Bi 0.2～1.0％、In 0.05～0.2％、Mg 0.2～1.0％和余量的Al。
[0024]以质量百分含量计，本专利技术提供的无稀土铝合金包括Bi 0.2～1.0％，进一步优选为0.4～1.0％，更优选为0.6～1.0％。在本专利技术的具体实施例中，所述Bi的含量具体为0.2％、0.4％、0.6％、0.8％和1.0％。
[0025]以质量百分含量计，本专利技术提供的无稀土铝合金包括In 0.05～0.2％，进一步优选为0.05～0.1％，更优选为0.06～0.08％。
[0026]在本专利技术中，所述Bi和In能够在铝的表面氧化膜中产生空隙，从而降低氧化膜的电阻；同时，Bi和In还能够形成低共熔晶体或颗粒，所述低共熔晶体或颗粒附着在铝基体和表面氧化膜之间，使氧化膜呈现不连续结构，破坏氧化膜与铝基体的附着结构，提高铝合金的电化学活性。
[0027]以质量百分含量计，本专利技术提供的无稀土铝合金包括Mg 0.2～1.0％，进一步优选为0.4～0.7％，更优选为0.5～0.6％。在本专利技术中，所述Mg能够可有效提高铝合金板材的强度，并能提高其他添加元素的溶解度，可有效改善放电活性。
[0028]以质量百分含量计，本专利技术提供的无稀土铝合金包括余量的Al。
[0029]本专利技术将Bi搭配In、Mg，多成分协同作用，通过空穴和低共熔体破坏了致密的氧化膜，降低氧化膜电阻，并使得合金晶粒得到细化，将其应用于铝空气电池阳极时，极化减弱，
提高了阳极的电化学活性，促进电池整体的反应，大大提高了铝阳极板的放电电压和能量密度。
[0030]本专利技术还提供了上述技术方案所述无稀土铝合金的制备方法，包括以下步骤：
[0031]按照上述无稀土铝合金中金属元素的质量配比，将Bi源、In源、Mg源和Al源混合熔融，得到熔融液；
[0032]将所述熔融液浇铸成型后，依次进行轧制和退火，得到所述无稀土铝合金。
[0033]在本专利技术中，若无特殊说明，所有原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
[0034]本专利技术按照上述无稀土铝合金中金属元素的质量配比，将Bi源、In源、Mg源和Al源混合熔融，得到熔融液。
[0035]在本专利技术中，所述A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无稀土铝合金，包括以下质量百分含量的元素组分：Bi0.2～1.0％、In 0.05～0.2％、Mg 0.2～1.0％和余量的Al。2.根据权利要求1所述的无稀土铝合金，其特征在于，包括以下质量百分含量的元素组分：Bi 0.4～1.0％、In 0.05～0.1％、Mg 0.4～0.7％和余量的Al。3.权利要求1或2所述无稀土铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照权利要求1所述的无稀土铝合金中金属元素的质量配比，将Bi源、In源、Mg源和Al源混合熔融，得到熔融液；将所述熔融液浇铸成型后，依次进行轧制和退火，得到所述无稀土铝合金。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述Al源为金属铝，所述Bi源为金属铋，所述In源为金属铟，所述Mg源为金属镁；所述金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢刚，王发强，俞小花，沈庆峰，刘春侠，李影，赵天宇，谭皓天，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：