【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化学电源电极材料，具体涉及一种高性能镁空气电池mg-y-nd-gd-zr阳极材料的制备方法及应用。
技术介绍
1、随着全球化石燃料消耗的增加以及由此带来的环境污染等问题，开发可再生能源和高效能源存储系统尤为重要。电化学储能技术如电池等已广泛应用在电力储存及运输应用上。近年来，锂离子电池因其能量密度高等优点已经被广泛应用在3c及电动汽车上。然而，在某些应急场合，如海上救援、抗震救灾等，这些可充电的锂离子电池等可能不是最适合的。在这种情况下，一次原电池可以发挥更大的作用，因为其一般具有更高的能量密度以及更长的放电时间。其中，镁空气电池因其理论电压高、法拉第容量大、低成本和环境友好性等优点，受到广泛关注。镁空气电池以金属镁/镁合金为阳极材料，以大气中的氧气为阴极反应物。在使用时，向镁空气电池中添加低浓度的水系电解液即可激活电池，这大大提高了镁空气电池的安全性和待机寿命。因此，除了在急救场合使用外，镁空气电池也可在学校、医院等地方用作储备电源。
2、然而，镁空气电池目前仍然存在一些问题限制其大规模使用，主要包括镁阳极严重的自腐蚀、动力学迟缓、实际工作电压低、阳极效率低等。将镁阳极合金化可以解决目前存在的一部分问题。常见的合金元素包括al、zn、ca、sn、li等。近年来，稀土镁合金阳极材料受到极大地关注，稀土元素nd、gd等活性电位较高，有助于提高镁空气电池的放电电压。但是，稀土镁合金阳极材料由于“块效应”严重导致效率较低。此外，通过优化稀土镁合金的制备工艺，其工作电压可能进一步提升。因此，需要进一步研究镁合金
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高性能镁空气电池mg-y-nd-gd-zr阳极材料的制备方法。该方法通过球磨细化镁合金粉末，结合烧结和挤压变形，进一步细化晶粒并产生大量高活性析出相，细小的晶粒有助于提高材料的放电稳定性、增加其阳极利用率，而高活性的析出相有助于材料放电电压的提升，从而保证材料具有放电电压高、能量密度高、功率高、放电电压稳定、阳极利用率高等高性能，解决现有技术中镁合金阳极材料电性能受限的难题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种高性能镁空气电池mg-y-nd-gd-zr阳极材料的制备方法，其特征在于，该mg-y-nd-gd-zr阳极材料由以下质量百分含量的成分组成：y 1％～9％，nd 0.1％～4％，gd 0.1％～4％，zr 0.1％～1％，其余为镁及不可避免的杂质；该mg-y-nd-gd-zr阳极材料的制备方法包括以下步骤：
3、步骤一、干燥：将镁合金粉末置于干燥箱中进行干燥，除去镁合金粉末中的微量水分；
4、步骤二、球磨：在高纯氩气气氛下，将步骤一中干燥后的镁合金粉末进行球磨，破除镁合金粉末表面的氧化层并细化粉末；
5、步骤三、放电等离子烧结：采用放电等离子烧结的方法对步骤二中经球磨后的镁合金粉末进行固态烧结，并将烧结块体进行表面打磨去除氧化皮，得到镁合金坯；
6、步骤四、挤压变形：对步骤三中得到的镁合金坯进行预热处理，然后放入预热的挤压模具中，通过挤压机进行挤压变形，得到镁空气电池mg-y-nd-gd-zr阳极材料。
7、上述的一种高性能镁空气电池mg-y-nd-gd-zr阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述镁合金粉末为粒径100目～300目的球形或类球形，所述干燥温度为60℃～100℃，干燥时间为0.5h～2h。
8、上述的一种高性能镁空气电池mg-y-nd-gd-zr阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述球磨的球料比为5:1～20:1，采用的球磨罐和磨球材质为玛瑙或氧化锆，球磨的转速为100rpm～200rpm，时间为2h～10h。
9、上述的一种高性能镁空气电池mg-y-nd-gd-zr阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述放电等离子烧结的过程为：将球磨后的镁合金粉末装入石墨或硬质合金模具中，然后转移至放电等离子烧结炉中进行放电等离子烧结，烧结结束后破真空，取出烧结块体。
10、上述的一种高性能镁空气电池mg-y-nd-gd-zr阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述放电等离子烧结的烧结温度为400℃～480℃，保温时间为5min～20min，烧结压力为40mpa～60mpa，升降温速率为5℃/min～30℃/min。该烧结工艺成型速率快，制备时间短，得到的镁合金坯晶粒小，性能优异。
11、上述的一种高性能镁空气电池mg-y-nd-gd-zr阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述镁合金坯进行预热处理的温度为350℃～500℃，时间为0.2h～1h，所述挤压模具先涂刷润滑油，然后在350℃～500℃进行预热。
12、上述的一种高性能镁空气电池mg-y-nd-gd-zr阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述挤压变形的挤压速率为1mm/s～5mm/s，挤压比为10～40，且挤压变形后的镁合金坯为柱状或板状，将挤压变形后的镁合金坯去除表面氧化皮、油污杂质，再按照镁空气电池模具要求尺寸进行切割，得到镁空气电池mg-y-nd-gd-zr阳极材料。
13、此外，本专利技术还公开了一种如上述的方法制备的高性能镁空气电池mg-y-nd-gd-zr阳极材料的应用，其特征在于，由该mg-y-nd-gd-zr阳极材料组装的镁空气电池应用于海上救援、抗震救灾领域，还可作为备用电源或者临时电源。
14、本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
15、1、本专利技术先通过球磨细化镁合金粉末，并破除镁合金粉末表面的氧化膜，有助于经烧结得到细小的晶粒组织，结合对烧结形成的镁合金坯进行挤压变形，进一步细化晶粒并产生大量高活性析出相，细小的晶粒有助于提高材料的放电稳定性、增加其阳极利用率，而高活性的析出相有助于材料放电电压的提升，从而保证材料具有放电电压高、能量密度高、功率高、放电电压稳定、阳极利用率高等高性能，特别适合用作镁空气电池阳极材料。
16、2、本专利技术制备的镁空气电池mg-y-nd-gd-zr阳极材料内部分布大量的mg41(nd,gd)5等第二相，这些第二相有助于提高镁空气电池的放电电压和耐腐蚀性能。
17、3、本专利技术通过放电等离子烧结的方法进行固相烧结制备mg-y-nd-gd-zr阳极材料，具有操作简单、制备时间短、效率高且烧结材料组织致密等优点，简化了制备流程。
18、4、本专利技术通过热挤压处理进一步细化材料的晶粒，有助于提高镁合金的耐腐蚀性能，提高mg-y-nd-gd-zr阳极材料的利用率。
19、下面通过附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的详细描述。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种高性能镁空气电池Mg-Y-Nd-Gd-Zr阳极材料的制备方法，其特征在于，该Mg-Y-Nd-Gd-Zr阳极材料由以下质量百分含量的成分组成：Y 1％～9％，Nd 0.1％～4％，Gd0.1％～4％，Zr 0.1％～1％，其余为镁及不可避免的杂质；该Mg-Y-Nd-Gd-Zr阳极材料的制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高性能镁空气电池Mg-Y-Nd-Gd-Zr阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述镁合金粉末为粒径100目～300目的球形或类球形，所述干燥温度为60℃～100℃，干燥时间为0.5h～2h。
3.根据权利要求1所述的一种高性能镁空气电池Mg-Y-Nd-Gd-Zr阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述球磨的球料比为5:1～20:1，采用的球磨罐和磨球材质为玛瑙或氧化锆，球磨的转速为100rpm～200rpm，时间为2h～10h。
4.根据权利要求1所述的一种高性能镁空气电池Mg-Y-Nd-Gd-Zr阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述放电等离子烧结的过程为：将球磨后的镁合金粉末装入石墨或硬质
5.根据权利要求1所述的一种高性能镁空气电池Mg-Y-Nd-Gd-Zr阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述放电等离子烧结的烧结温度为400℃～480℃，保温时间为5min～20min，烧结压力为40MPa～60MPa，升降温速率为5℃/min～30℃/min。
6.根据权利要求1所述的一种高性能镁空气电池Mg-Y-Nd-Gd-Zr阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述镁合金坯进行预热处理的温度为350℃～500℃，时间为0.2h～1h，所述挤压模具先涂刷润滑油，然后在350℃～500℃进行预热。
7.根据权利要求1所述的一种高性能镁空气电池Mg-Y-Nd-Gd-Zr阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述挤压变形的挤压速率为1mm/s～5mm/s，挤压比为10～40，且挤压变形后的镁合金坯为柱状或板状，将挤压变形后的镁合金坯去除表面氧化皮、油污杂质，再按照镁空气电池模具要求尺寸进行切割，得到镁空气电池Mg-Y-Nd-Gd-Zr阳极材料。
8.一种如权利要求1～7中任一权利要求所述的方法制备的高性能镁空气电池Mg-Y-Nd-Gd-Zr阳极材料的应用，其特征在于，由该Mg-Y-Nd-Gd-Zr阳极材料组装的镁空气电池应用于海上救援、抗震救灾领域，还可作为备用电源或者临时电源。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能镁空气电池mg-y-nd-gd-zr阳极材料的制备方法，其特征在于，该mg-y-nd-gd-zr阳极材料由以下质量百分含量的成分组成：y 1％～9％，nd 0.1％～4％，gd0.1％～4％，zr 0.1％～1％，其余为镁及不可避免的杂质；该mg-y-nd-gd-zr阳极材料的制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高性能镁空气电池mg-y-nd-gd-zr阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述镁合金粉末为粒径100目～300目的球形或类球形，所述干燥温度为60℃～100℃，干燥时间为0.5h～2h。
3.根据权利要求1所述的一种高性能镁空气电池mg-y-nd-gd-zr阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述球磨的球料比为5:1～20:1，采用的球磨罐和磨球材质为玛瑙或氧化锆，球磨的转速为100rpm～200rpm，时间为2h～10h。
4.根据权利要求1所述的一种高性能镁空气电池mg-y-nd-gd-zr阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述放电等离子烧结的过程为：将球磨后的镁合金粉末装入石墨或硬质合金模具中，然后转移至放电等离子烧结炉中进行放电等离子烧结，烧结结束后破真空，取出烧结块体。
5.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：程续，王涛，钟峰，曹鑫，董杰敏，魏婷婷，梁明，刘艳辉，皮琳，薛亮亮，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。