A. 鋁合金加什麼元素能在氯化鈉水中產生原電池
鋁合金：
硬鋁合金屬：AI—Cu—Mg系，一般含有少量的Mn
超硬鋁：Al一Cu—Mg—Zn系
鍛鋁合金：主要是Al—Zn—Mg—Si系合金
這些都是鋁合金，所以不需加什麼元素，已經符合原電池的條件之一
有兩個活潑性不同的電極，直接放在氯化鈉水溶液中即可形成原電池。
B. 鋰和鋁都是活潑金屬，鋰鋁合金（還有可能存在原電池效應）怎麼抗腐蝕請寫明反應原理！謝謝！
鋁在空氣中易氧化在表面形成一層緻密的氧化膜,可以阻擋反應進行.並且鋁的還原性（即失電子能力）強於鋰,故在空氣中總是先鋁反應,生成氧化膜後裡面的鋰就不好失去電子反應,因此鋁鋰電池抗腐蝕能力較強.
C. 鋁合金陽極氧化池（硫酸系）用電極用鋁電極還是鉛電極，各有什麼優缺點
鋁陽極導電率高, 比重輕, 較不耗電, 缺點是在硫酸中會被慢慢腐蝕, 不用時須自氧化槽中取出水洗乾燥, 須定期更換.
鉛陽極導電差, 相對較耗電, 優點是不會被稀硫酸腐蝕, 使用壽命比鋁極板長許多.
D. 【鋁_空氣電池用鋁陽極的研究】 鋁空氣電池汽車
CHINESE JOURNAL OF RARE
METALS
1999年第23卷第5期Vol.23 No.51999
鋁/空氣電池用鋁陽極的研究
許文江王向東闞素榮薛紅霞
摘要：研究了鋁/空氣電池用鋁陽極中添加合金元素的作用， 鎵、 銦、 鉍、 錫能增大陽極的開路電壓， 鎂、 鉍、 鈰可增大陽極的抗蝕性。 以高純鋁 (99.99%) 為基體製得的兩種鋁陽極合金A1、 A2基本上達到了鹼性鋁/空氣電池的要求。 以普通鋁 (99.5%) 為基體製得的鋁合金A3作為鋁陽極， 其電化學性能良好。
關鍵詞：螞殲鋁陽極空氣電池
Study on Aluminium Anode for Aluminium-air Battery
Xu Wenjiang, Wang Xiangdong, Kan Surong and Xue Hongxia
(General Research Institute for Nonferrous Metals, Beijing 10088, China)
Abstract：The effect of addition rare metal in aluminium anode was studied. The results indicate that gallium, indium, bismuth and tin can increase open circuit voltage of anode; and magnesium, bismuth, cerium can rece corrosion velocity of anode. Two aluminium anodes with high pure aluminium (99.99%) and rare metals such as gallium, magnesium, bismuth has been made. These anodes have good electrochemical quality and can meet demand of alkaline aluminium-air battery. The anode with instrial aluminium (99.5%) was also made, which has better electrochemical quality.
Key Words:Aluminium, Anode, Air-battery
由於環境問題的壓力及石油資源的有限性， 促使各國政府和汽車製造商銀散尋找石油資源的替代品， 製造「零污染」汽車。 由此電動汽車日益受到人們的關注， 成為當前研究的熱點。 發展電動汽車的關鍵是其動力 —— 電池電源的開發， 電池的技術水平基本上決定了現代電動汽車的發展水平。
汽車鋒物氏製造廠家和化學電源研究人員開發了鉛酸、 鎳鎘鎳氫、 鈉硫等動力電池， 這些電池有些已基本成熟， 但在續駛里程和動力性能方面與內燃機相比還有很大差距。 由於鋁/空氣電池具有高重量比能量、 大重量比功率密度 (見表1)， 能提供同內燃機可比的動力性， 而且其機械充電所耗充電時間和添加汽油燃料時間相差不大， 鋁資源也相當豐富， 因此鋁/空氣電池作為動力電源， 受到美國能源部、 加拿大Alcan公司等許多研究機構的重視。
表1電動汽車電源用各種電池性能比較
電池
鉛酸
鎳鎘鎳氫
鈉硫電池
鋰電池
空氣電池重量比能量/Whkg-1比功率密度/Wkg-1體積比能量/WhL-130～4070～90140～170130～17040080～100100～200250～400150～20080～10080～1001120～15070～90...特點成熟， 成本低成本稍高， 鎘污染危險性大成本高， 研究中復雜性 然而不論是酸性電池還是鹼性電池， 純鋁乃至高純鋁都不能直接作為電池的陽
極。 這是基於以下兩個原因： 金屬鋁表面覆蓋著一層氧化膜， 致使鋁的陽極過電位升高， 降低了陽極的電壓效率， 也即降低了電池的輸出功效； 在含有腐蝕性離子的溶液或強鹼溶液中， 鋁的溶解速度相當快， 產生大量的氫氣， 導致陽極的法拉第效率極低［1］。
為了克服純鋁作為陽極的缺陷， 可採取以下兩種辦法。 一是將鋁和其它合金元素製成二元、 三元乃至多元合金。 這些合金中的活性元素可降低接觸過電勢， 而且這些元素提高了析氫過電位， 降低了自腐蝕速度。 二是在電解液中添加抑制劑， 比如NaSnO3等， 以降低過電勢和自腐蝕性［2］。
鋁/空氣電池陽極的研究目標為： ① 開路電勢 -1.8 V (對Hg/HgO) 以上。 ② 開路自腐蝕速度 (電流) 小於10 mA/cm2。 ③ 在100～600 mA/cm2電流密度下電壓按U (對Hg/HgO) = -1.8+0.5 I穩定工作， 這里的電流密度單位為A/cm2。 ④ 陽極和空氣陰極及電解液管理系統匹配［3］。
至今， 所有成熟的鋁陽極合金都是以高純鋁 (99.99%) 乃至99.999%以上的特純鋁為基體製成的， 使鋁陽極合金的成本很高， 阻礙了鋁/空氣電池的商業化和進一步發展。
在工業級鋁中雜質含量很高， 它使陽極的自腐蝕成倍增加， 大大降低了陽極的庫侖效率。 近期的研究指出， 可採用在合金中加入錳來抵銷鐵的作用。
陽極材料中鐵是極具危害的元素， 但在電解鋁中鐵是不可避免的雜質。 不存在錳時， 鐵以FeAl3形式存在， FeAl3對周圍的鋁基體顯示陽極性， 因此在電極內部形成電化學活性區域， 降低了電池的庫侖效率。 當存在錳時， 鐵以FeMnAl6形式存在， 它在電化學性質上和周圍的鋁基體類似， 因此從本質上降低了電化學活性， 提高了庫侖效率。
本試驗重點研究鋁陽極合金的特性、 合金元素添加量和熔煉因素等的影響， 也對普通鋁陽極合金進行了探討。
1試驗方法
1.1試驗裝置
試驗裝置示意圖見圖1， 試驗電池中電解液用化學純NaOH配製， 濃度為4 mol/L。 調節變阻器R控制電池迴路電流， 由電流表A讀出工作電流 (mA)， 電壓表V2讀出電池輸出電壓， V1讀出鋁陽極的開路或極化電壓。 所有的鋁陽極電壓相對於參比電極
Hg/HgO測得。
圖1試驗裝置示意圖
1 — 空氣陰極； 2 — 鋁陽極； 3 — Hg/HgO參比電極；
4 — 4 mol/L NaOH溶液
1.2控制條件
控制鋁陽極面積小於空氣陰極面積的1/10， 減少空氣陰極極化的影響。 控制鋁陽極和空氣陰極的間距為2～5 mm， 減少電解液的歐姆內阻。
每次測定更換新的電解液。 測定開路電壓和自腐蝕時， 計算陽極兩面的面積； 測定電池極化時的陽極利用率時， 鋁陽極一面塗蠟， 只計算一面的面積。
試驗中各合金添加劑均用化學純級以上的化學試劑。
1.3測定過程
在小型敞口的坩堝爐中熔煉鋁， 熔煉溫度750～800℃， 熔體容器用氧化鋁坩堝。 首先熔化鋁， 再依次按量加入合金元素， 攪拌、 恆溫10～20 min， 倒入銅模中鑄
錠， 自然冷卻。 其中添加鎂時， 將鎂粉碎為小粒， 以鋁箔密封包好， 用不銹鋼夾子直接壓入鋁溶液中。
鑄成錠的鋁合金放入坩堝爐中熱處理， 控制熱處理溫度300～350℃， 時間2 h， 使合金均勻化， 晶粒細化。
清理熱處理後的鋁合金錠表面使之光潔， 作成規則的長方體作為鋁陽極待用。
1.4結果計算
首先測定鋁陽極合金的開路電壓和自腐蝕速度， 這兩個參數優良者， 再測其極化性能和其它電化學特性。
開路電壓和極化電壓由電壓表V1讀出。
自腐蝕參數由一定時間內陽極的失重計算而得。
I自=1000 mF/9.0 hS(1)
稀有金屬/990511
式中： m為失重質量， g； F為法拉第常數， 96487.0 C/mol； h是時間， s； S為陽極面積， cm2； I自為自腐蝕電流， mA/cm2。
在有工作電流極化下陽極的利用率
η=I極化h/(mF/9.0)(2)式中： I極化為陽極極化電流， A； m是失重質量， g; F為法拉第常數， 96487.0 C/mol； h是時間， s； η為陽極效率， %。
2結果和分析
2.1二元合金的性質
二元合金的性質見表2。 由表看出， 純鋁中加入鎵、 銦、 鉍、 錫增加了鋁的開路電壓， 因而它們都是活性元素； 純鋁中加入鈰、 鑭降低了鋁的開路電壓， 而鎂對開路電壓影響不大。
表2二元鋁合金的性質
合金
開路電壓 (對Hg/HgO)/V
自腐蝕電流密度/mA.cm-2Al99.99%Al-GaAl-InAl-SnAl-Bi-1.72210-1.82-1.77-1.85-1.[1**********]0Al-Mg-1.70Al-CeAl-La-1.68-1.65610290局部鈍化鈍化
註： 添加合金元素濃度ω 0.2%; 電解液4 mol/L NaOH
除添加鎂、 鈰外所有的二元合金都使腐蝕加大， 所以要兼顧增加開路電壓和降低自腐蝕性， 二元合金顯然達不到要求。
圖2是合金元素添加量對合金性能的影響， 可以看出， 添加合金元素的量在0.02%以下時， 合金元素對開路電壓和自腐蝕影響不大， 而大於0.2%時， 開路電壓和自腐蝕增大不多。 對於銦、 錫也有類似的結果。 因而在制備合金時鎵、 銦、 錫的添加量一般控制在0.1%～0.2%。
圖2合金元素添加量對合金性能的影響 (Al-Ga)
1 — 開路電壓； 2 — 自腐蝕電流密度 (4 mol/L NaOH)
Al-Mg、 Al-Ce合金有一定的鈍化作用， 表明鎂和鈰增加了鋁的抗蝕性。 但鈰使開路電壓降低較大。 Al-Bi合金有獨特的特性。 在低含量 (3%) 時， 加入鉍可使鋁的開路電壓增加， 但發生鈍化現象。
綜上所述， 添加鎵、 銦、 錫、 鉍可增加鋁的開路電壓， 而添加鎂、 鉍、 鈰可增加鋁的抗蝕性。
2.2多元合金的研究
根據二元合金的研究結果， 以高純鋁 (99.99%) 為基體， 通過試驗比較， 篩選製成了Al、 A2兩種鋁合金作為鹼性鋁/空氣電池的鋁陽極合金。 Al： Al-0.2Ga-0.1Sn-1Mg; A2： Al-0.1Ga-0.1Sn-0.5Bi。
圖3、 4是鋁及有關合金的自腐蝕電流和開路電壓， 圖5是鋁合金的極化曲線。 其中BDW合金是由加拿大Alcan公司開發研製的， 該合金已商業化； RX-808合金是由Reynolds公司開發的。
由圖3～5可以看出， 合金A1和A2的電化學性能良好， 基本上可滿足鋁/空氣電池的需要。 其中A1合金的開路和極化電壓稍高一些， 而A2合金的抗蝕性好一些。
圖3鋁及有關合金的腐蝕情況 (4 mol/L NaOH)
圖4鋁及有關合金的開路電壓 (4 mol/L NaOH)
圖5鋁合金極化曲線 (4 mol/L NaOH)
圖6是以A2合金作為鋁/空氣電池的陽極， 測得電池的輸出電壓與電流密度的關系。 表3是通過計算得到的陽極利用率。 這些結果均令人滿意［4，5］。
圖6單體電池工作電壓和電流密度的關系
(4 mol/L NaOH)
表3不同電流密度下的陽極利用率
稀有金屬/990511
(4 mol/L NaOH)
電流密度/mA.cm-[1**********]
陽極效率/%7282.59194
2.3普通鋁陽極合金
根據二元合金研究的結果， 在普通鋁 (99.5%) 中加入鈰、 鉍來增加其抗蝕作用， 自腐蝕明顯降低， 但相應的開路電壓也降低。
在Al-Bi合金中， 鉍含量超過5%時陽極發生鈍化。 以鉍和錳來增加鋁的抗蝕性， 用普通鋁基體製成鋁合金A3： Al-0.1Ga-0.5Mn-1Bi。 該合金的開路電壓達-1.73 V (對Hg/Hg)， 自腐蝕速度為34 mA/cm2， 其極化曲線如圖7。
表4普通鋁的二元合金性能
(4 mol/L NaOH)
名稱
Al (99.5%)
Al-Bi (1%)
Al-Ce (1%)自腐蝕電流密度 開路電壓 (對Hg/HgO)/VmA.cm-2>30003745-1.51-1.67-1.42
圖7鋁合金極化曲線 (4 mol/L NaOH)
A3合金是目前鋁陽極合金中性能較好的一種， 但與空氣電池鋁陽極合金的目標相比尚有一定差距。 今後應進一步研究， 特別是從微觀結構上觀察鋁中鐵的存在形態， 以採取合適的辦法抵消鐵的影響［6］。
3結論
稀有金屬/990511
1. 鋁陽極合金中添加鎵、 銦、 鉍、 錫等活性元素， 可增大陽極的開路電壓， 提高電池的功率因素。
2. 添加鎂、 鉍、 鈰可增加陽極的抗蝕性， 提高電池的庫侖效率， 但輸出電壓有一定降低。
3. 以高純鋁 (99.99%) 為基體製得了兩種鋁陽極合金A1、 A2， 基本上達到了鹼性鋁/空氣電池的要求。
4. 以普通鋁 (99.5%) 為基體製得的鋁合金A3作為鋁陽極， 其電化學性能良好。 但今後應加強普通鋁陽極合金的研究， 特別是從結構上查明合金中鐵的存在形態。
作者簡介：許文江，男，32歲，碩士，工程師；聯系地址：北京市新街口外大街2號。 作者單位：北京有色金屬研究總院， 北京100088
參考文獻
1.Homa A S and Rudd E J. The Development of Aluminium -air Battery for Electric Vehicles, in: Proc 24th IECEC, V3, 1989, 1331
2.Macdonald D D. J. Appl. Electrochem., 1990, 20(3): 405
3.Cooper J F et al. The Aluminium-air Battery for Electric Vehicles Propulsion, in: Proc 15th IECEC, V2, 1980, 1487
4.劉稚惠， 李振亞. 電源技術， 1992， (5)： 6
5.日本公開特許公報 (A)， 昭62-37885， 1987
6.Thmson D S and Scott D H. USP4554131, 1985
收稿日期：1998-06-30
鋁/空氣電池用鋁陽極的研究
作者：
作者單位：
刊名：
英文刊名：
年，卷(期)：
被引用次數：許文江， 王向東， 闞素榮， 薛紅霞， Xu Wenjiang， Wang Xiangdong， Kan Surong， Xue Hongxia北京有色金屬研究總院,北京100088稀有金屬CHINESE JOURNAL OF RARE METALS1999,23(5)7次
1.Homa A S.Rudd E J The Development of Aluminium -air Battery for Electric Vehicles[外文會議] 1989
2.Macdonald D D 查看詳情 1990(03)
3.Cooper J F The Aluminium-air Battery for Electric Vehicles Propulsion 1980
4.劉稚惠.李振亞 查看詳情 1992(05)
5.查看詳情 1987
6.Thmson D S.Scott D H 查看詳情 1985
1.郭瑞敏.楊占紅 鋁-空氣電池鈣鈦礦型氧電極的研究[期刊論文]-電源技術 2007(6)
2.張燕.宋玉蘇 鹼性介質中Al-Ga-Sn-Mg的陽極行為研究[期刊論文]-腐蝕與防護 2005(4)
3.付承華 鹼液中鋰水電池緩蝕劑的研究[學位論文]碩士 2005
4.付承華 鹼液中鋰水電池緩蝕劑的研究[學位論文]碩士 2005
5.舒方霞 鋁-空氣燃料電池鋁基合金陽極的制備及性能測試[學位論文]碩士 2004
6.張勝濤 鉛、鎳、鋁、鋅和銅電極改性的研究[學位論文]博士 2003
7.王華清.周上祺.陳昌國.尤興波 鋅-空氣電池陽極材料的研究(Ⅰ)[期刊論文]-電源技術 2002(z1)
本文鏈接：.com.cn/Periodical_xyjs199905011.aspx