《海水激活電池用AP65鎂合金陽極材料的基礎研究》是依託中南大學，由王乃光擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：海水激活電池用AP65鎂合金陽極材料的基礎研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王乃光
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
AP65是一種用於大功率海水激活電池陽極的鎂合金，其名義成分為Mg-6%Al-5%Pb(質量分數，下同)。高性能的AP65通常要求具備較高的電流效率，能在短時間內迅速激活並在較負的電位下工作。本研究針對AP65鎂合金激活時間相對較長和析氫副反應較嚴重等問題，通過添加微量合金元素鋅和錳、最佳化塑性變形和後續退火制度改善其綜合電化學性能。系統深入研究AP65鎂合金的活化機理，揭示主要合金元素鋁和鉛對鎂電極反應過程的作用機制；研究微量合金元素鋅和錳對AP65鎂合金電化學性能的影響，採用兩因素方差分析最佳化鋅和錳的含量提高AP65鎂合金的綜合電化學性能；研究AP65鎂合金在熱變形過程中的動態再結晶行為，探討不同塑性變形和後續退火制度對AP65鎂合金位錯密度、晶粒尺寸和取向以及第二相形貌、數量和分布的演變規律，揭示不同顯微組織與電化學行為之間的內在聯繫，建立高性能AP65鎂合金所對應的最佳組織模式。本項目的研究為高性能AP65鎂合金的製備提供理論依據。
結題摘要
AP65(Mg-6%Al-5%Pb，質量分數)是一種大功率海水激活電池用鎂合金陽極材料。本項目針對AP65激活時間相對較長和析氫較嚴重等問題，已通過添加微量鋅和錳、最佳化塑性變形和後續退火制度改善其綜合電化學性能。項目的主要研究內容及重要結果如下：(1).已揭示出鋁和鉛對鎂電極反應的作用機制，發現這兩種元素通過溶解-再沉積機制活化鎂且彼此之間存在協同效應，即Pb2+離子以PbOx的形式沉積在鎂表面，該過程有利於Al3+離子以Al(OH)3的形式沉積，同時以Al(OH)3•2Mg(OH)2的形式加速放電產物剝落。(2).已分析出鋅和錳對AP65電化學性能的影響，發現低含量的鋅和錳能縮短激活時間並使電位平穩負移、同時抑制析氫。最佳化出鋅和錳的最佳含量分別為0.5 wt.%和0.2 wt.%。(3).已研究出熱軋、熱擠壓和後續退火對AP65組織及性能的影響，結果表明38%的軋制壓下量使晶粒尺寸不均勻，86%的壓下量則顯著細化晶粒、但造成較高的位錯密度，均不利於陽極性能的提高。最佳化出最佳的軋制變形量為63%，在該條件下AP65擁有細小均勻的晶粒和彌散分布的納米亞晶，這一組織模式能促進鎂合金的活化溶解，使其具備較負的電位和較高的陽極利用率。此外，小擠壓比(6.8:1)導致AP65基體成分不均勻，大擠壓比(20.5:1)則引起位錯密度明顯升高，均不利於改善陽極性能。最佳化出最佳的擠壓比為10.2:1，在該條件下AP65擁有細小的晶粒、均勻的基體成分和相對較低的位錯密度，這一組織模式能帶來較好的綜合電化學性能。變形過程中形成的(0001)晶粒取向能增強AP65開路電位下的耐蝕性和大電流密度下的陽極利用率，但導致電位正移和小電流密度下金屬顆粒脫落。(10-10)和(11-20)晶粒取向則有利於增強AP65的放電活性並促進其小電流密度均勻溶解，但加速開路電位和大電流密度下的自腐蝕。(4).已探討出後續退火對變形態AP65組織及性能的影響，發現熱軋、熱擠壓後120°C退火2 h能維持細小的晶粒並降低位錯密度，從而提高陽極性能，400°C退火2 h則導致晶粒長大、性能下降。本項目已發表SCI論文10篇，EI論文5篇，出版專著1部，申報專利1項，其研究結果對高性能鎂陽極材料的設計製備具有重要指導意義。
