铝片的腐蚀敏感性及其在模拟自发电场中的腐蚀机制

《Materials Today Communications》：Corrosion Susceptibility and Mechanisms of Aluminum tabs in Simulated Self-Generated DC Electric Fields

本研究探讨1050铝合金极耳在直流电场下的腐蚀行为，采用激光共聚焦显微镜、拉曼光谱和电化学阻抗谱分析，发现腐蚀重量损失与电流密度呈Δm=97.61i^0.81的幂律关系，电场强度升高加速腐蚀，产物相变影响防护膜效能，为极耳腐蚀防护提供理论依据。

　　随着新能源汽车的快速发展，电池系统作为其核心组件之一，面临着越来越多的技术挑战。其中，正极铝片在电流传输过程中出现的腐蚀问题，已经成为影响整车安全性和可靠性的关键因素。本研究以1050A铝合金为研究对象，探讨其在直流条件下的腐蚀行为，并通过多种分析手段揭示了腐蚀过程中的物理和化学机制。研究发现，铝片的腐蚀敏感性与电流密度密切相关，随着电流密度的增加，腐蚀速率显著提升，同时腐蚀形态和产物特征也发生了明显变化。

铝片在电池系统中承担着重要的电流传输功能，其表面质量直接影响电池的电化学性能。在实际使用中，铝片不仅暴露在复杂的环境中，还需长期承受电流作用，这使得其腐蚀行为相较于其他金属材料更加复杂。特别是在电动汽车（EVs）中，铝片需要在高能量密度、长循环寿命和极端工况条件下稳定运行。因此，深入研究铝片在电流传输过程中的腐蚀机制，对于提升电池系统的安全性与可靠性具有重要意义。

本研究通过模拟室内环境，对1050A铝合金在直流条件下的腐蚀行为进行了系统分析。实验过程中，采用了激光共聚焦显微镜（LSCM）、拉曼光谱（Raman spectroscopy）和电化学阻抗谱（EIS）等技术手段，对腐蚀过程进行了多维度的表征。这些技术能够提供关于腐蚀形态、化学成分以及电化学反应的详细信息，从而帮助研究人员更全面地理解铝片在电流作用下的腐蚀行为。

实验结果表明，铝片的腐蚀速率与电流密度之间存在明显的非线性关系。在不同的电流密度条件下，铝片的腐蚀损失呈现出不同的特征。研究发现，当电流密度在0.5A/mm2至2A/mm2范围内变化时，腐蚀产物中的α-AlOOH保持稳定，而γ-AlOOH则随着电流密度的增加逐渐消失，取而代之的是γ-Al(OH)?的形成。这一现象表明，电流密度对铝片的腐蚀过程具有显著影响，特别是在不同腐蚀产物的形成与演化方面。

此外，EIS测试结果进一步揭示了电流密度对铝片表面氧化膜保护能力的影响。随着电流密度的增加，电容环的直径逐渐扩大，这表明氧化膜的保护作用减弱，铝片更容易发生腐蚀。同时，研究还发现，在直流条件下，铝片的最大自腐蚀电流密度为3.02×10??A/mm2，这一数值远高于无电流条件下的1.95×10??A/mm2，说明直流电流显著加速了铝片的腐蚀过程。

为了进一步验证这些发现，本研究对铝片的腐蚀行为进行了定量分析。实验数据表明，铝片的腐蚀损失与电流密度之间符合幂函数关系，其拟合方程为△m=97.61i?.?1。这一方程能够较为准确地描述在不同电流密度下铝片的腐蚀速率变化趋势。通过这一关系，研究人员可以预测在特定电流密度条件下铝片的腐蚀情况，从而为电池设计和防护措施的优化提供理论依据。

在实验方法方面，本研究采用了严格的样品制备流程。首先，样品经过不同粒度的SiC砂纸进行打磨，以确保表面的平整度和均匀性。随后，样品在乙醇中超声清洗，去除表面的杂质和氧化层，再通过冷空气干燥处理，以减少水分对实验结果的影响。在实验过程中，所有样品均在恒定的直流条件下进行测试，以确保实验条件的一致性。

实验结果不仅揭示了电流密度对铝片腐蚀行为的影响，还提供了关于腐蚀产物形成机制的深入理解。例如，在低电流密度条件下，铝片表面主要形成α-AlOOH，而在较高电流密度条件下，γ-Al(OH)?逐渐取代α-AlOOH成为主要的腐蚀产物。这种变化不仅反映了电流密度对腐蚀过程的调控作用，还表明铝片在不同电流条件下的腐蚀行为具有显著差异。

此外，本研究还关注了铝片在电流传输过程中的腐蚀形态变化。通过激光共聚焦显微镜的观察，研究人员发现，随着电流密度的增加，铝片表面的腐蚀坑逐渐扩大，且腐蚀区域的分布更加不均匀。这一现象表明，电流密度不仅影响了腐蚀速率，还改变了铝片的腐蚀形态，使得其表面更容易受到局部破坏。在严重情况下，这种局部破坏可能导致活性物质的脱落，从而严重影响电池的容量和性能。

在电化学分析方面，本研究通过EIS技术对铝片的腐蚀行为进行了深入研究。EIS能够提供关于铝片表面氧化膜阻抗的信息，从而帮助研究人员评估氧化膜的保护能力。实验结果表明，随着电流密度的增加，电容环的直径逐渐扩大，这表明氧化膜的保护作用减弱，铝片更容易发生腐蚀。同时，EIS测试还揭示了铝片在不同电流密度条件下的电化学反应动力学特征，为理解腐蚀机制提供了重要的支持。

为了进一步验证这些结论，本研究还参考了相关的文献资料。已有研究表明，电流密度对金属材料的腐蚀行为具有显著影响，特别是在不同电流条件下的电化学反应动力学方面。例如，某些研究发现，电流密度的增加会导致铜材料的腐蚀速率显著提升，这一现象与铝片的腐蚀行为存在一定的相似性。因此，本研究认为，电流密度对铝片的腐蚀行为具有类似的影响机制，即通过改变离子迁移和电化学反应路径，促进腐蚀过程的发生。

本研究的结果表明，铝片在电流传输过程中的腐蚀行为不仅受到电流密度的影响，还与环境因素密切相关。例如，在高盐浓度的NaCl溶液中，铝片的腐蚀速率显著增加，而电流密度的增加则进一步加速了这一过程。这表明，在实际应用中，铝片需要同时应对电流和环境的双重挑战，因此，优化铝片的材料选择和表面处理技术，对于提升其在电流传输过程中的耐腐蚀性能具有重要意义。

在实验设计方面，本研究采用了系统的方法，以确保实验结果的准确性和可靠性。首先，实验样品经过严格的表面处理，以减少表面杂质对实验结果的影响。其次，实验条件被严格控制，以确保在不同电流密度下的测试结果具有可比性。此外，实验过程中采用了多种分析手段，包括LSCM、Raman光谱和EIS，以提供关于腐蚀行为的全面信息。

通过这些实验方法，研究人员能够更准确地评估铝片在不同电流密度条件下的腐蚀行为，并揭示其背后的物理和化学机制。例如，LSCM能够提供关于腐蚀坑形态的直观信息，而Raman光谱则能够分析腐蚀产物的化学组成。EIS则能够评估铝片表面氧化膜的阻抗特性，从而判断其保护能力的变化趋势。这些分析手段的结合，使得本研究能够从多个角度深入探讨铝片在电流传输过程中的腐蚀行为。

综上所述，本研究通过系统的实验和分析，揭示了1050A铝合金在直流条件下的腐蚀行为及其影响机制。研究发现，电流密度对铝片的腐蚀速率和腐蚀形态具有显著影响，同时腐蚀产物的形成也与电流密度密切相关。这些发现不仅为理解铝片在电流传输过程中的腐蚀机制提供了新的视角，还为后续的电池设计优化和防护措施改进提供了重要的理论支持。通过进一步研究，可以探索更有效的防护策略，如通过调节腐蚀产物的形成来提升铝片的耐腐蚀性能，从而确保电池系统的长期稳定运行。