Al-0.6Mg-0.5Sn-0.1Bi合金在铝空气电池中的放电性能优化与机理研究

针对铝空气电池(AABs)中铝阳极自腐蚀和钝化问题，研究人员通过开发Al-0.6Mg-0.5Sn-0.1Bi合金，系统研究了其析氢行为与电化学性能。结果表明该合金析氢速率降低63.7%，腐蚀电流下降50%，电池峰值功率密度达72.68 mW·cm?2，为高性能AABs阳极设计提供了新思路。

　　

随着全球能源危机加剧，开发高能量密度、环境友好的新型电池成为研究热点。铝空气电池(AABs)因其高达8100 Wh·kg^?1的理论能量密度备受关注，但铝阳极在碱性电解液中易形成钝化膜(Al₂O₃/Al(OH)₃)并伴随严重析氢反应(HER)，导致放电电压骤降和阳极效率低下。

针对这一技术瓶颈，研究人员通过真空感应熔炼制备了Al-0.6Mg-0.5Sn-0.1Bi合金，采用析氢测试、电化学阻抗谱(EIS)和恒电流放电等方法系统评估其性能。研究发现Mg提高析氢过电位，Sn/Bi协同破坏钝化膜，使合金析氢速率较纯铝降低63.7%，腐蚀电流下降50%。在电池测试中，该合金阳极实现72.68 mW·cm^?2的峰值功率密度和3508.63 mWh·g^?1的能量密度。

主要技术方法

1. 合金制备：采用99.99%高纯原料，720℃真空熔炼后铁模铸造
2. 微观表征：扫描电镜(SEM)观察表面形貌
3. 电化学测试：三电极体系测量极化曲线和EIS
4. 电池性能：20-80 mA·cm^?2电流密度下恒流放电

研究结果
Sample preparation
合金铸锭经均匀化退火后呈现独特微孔结构，有利于电解液渗透和活性位点暴露。

Results and discussion

• 析氢行为：Mg的加入使合金析氢过电位提升至-1.52 V vs. SCE
• 电化学性能：腐蚀电位负移0.12 V，阻抗谱显示膜电阻降低47%
• 放电特性：80 mA·cm^?2放电时电压平台稳定在1.25 V

Conclusions
该研究证实多元合金化策略可协同优化AABs阳极性能：Mg抑制HER，Sn/Bi增强活化，微观结构设计促进放电反应动力学。研究成果发表于《Journal of Electroanalytical Chemistry》，为开发长寿命、高效率AABs提供了材料设计新范式。

这项工作的创新性在于揭示了Mg-Sn-Bi三元协同作用机制：Mg通过电子效应提高HER能垒，Sn/Bi偏析于晶界形成微电偶，持续破坏钝化膜。未来研究可进一步探索元素配比优化和工业化制备工艺，推动AABs在储能领域的实际应用。