引言
在全球能源危机、替代能源需求激增以及环境挑战日益严峻的背景下，现代社会迫切需要进行向高效、绿色、可持续储能系统发展的转型 [1], [2], [3], [4], [5]。金属空气电池因其环保、低碳足迹、成本低廉及易于组装等特点，在可持续能源技术领域展现出广阔的应用前景 [6], [7], [8], [9]。其中，铝空气电池凭借高理论能量密度、丰富的原材料储备、良好的环境相容性和优异的安全性，在便携式电源、电动汽车驱动系统及应急储能装置等领域具有重要的应用潜力，因此被广泛认为是最有前景的金属空气电池体系之一 [10], [11], [12], [13], [14]。
作为阳极材料，铝具有高负电极电位和高电化学当量，能够赋予电池优异的放电性能 [15], [16], [17], [18]。然而，在碱性电解液中，铝阳极容易发生严重的自腐蚀，伴随剧烈的析氢副反应。这不仅显著降低了电池的有效容量和能量利用效率，还加速了阳极消耗，缩短了使用寿命，从而构成了阻碍铝空气电池商业化应用的关键瓶颈 [19], [20], [21], [22], [23], [24]。因此，抑制铝阳极在碱性体系中的自腐蚀和析氢反应、提高其耐腐蚀性，对于推进铝空气电池的实际工程应用具有重要意义。
目前，研究者们在缓解铝阳极腐蚀方面投入了大量精力，主要策略包括合金化改性、表面涂层处理和电解液添加剂优化 [25], [26], [27], [28], [29], [30]。Wei 等 [31] 报道了晶粒细化可降低铝阳极内部的电位差，促进第二相颗粒更均匀地分布，从而提高耐腐蚀性。Zheng 等 [32] 发现轧后退火可细化晶粒；随变形量增加，元素分布更加均匀，析出相溶解进入铝基体，从而提高耐腐蚀性。Yang 等 [33] 表明碳的加入降低了铝阳极的腐蚀电位，有利于改善其溶解行为。Zhu 等 [34] 表明在纯铝中引入 Gd?O? 可显著提高耐腐蚀性，同时保持稳定均匀的放电。Harchegani 等 [35] 揭示了超声处理可去除碱性溶液中铝阳极表面的腐蚀产物，增加活性位点，从而使其腐蚀电流密度降低，耐腐蚀性高于未处理状态。此外，电解液工程和电极/电解液界面调控也被证明是抑制铝阳极自腐蚀和减轻析氢副反应的有效策略。氮掺杂碳量子点电解液添加剂和富水盐电解液可通过界面吸附和降低电解液体系中的水活度来优化界面电化学行为，从而显著抑制析氢损失并提高电池服役性能 [36], [37]。尽管这些方法在一定程度上可以缓解腐蚀，但其中一些存在工艺复杂、成本高以及可能造成二次污染等缺点 [38], [39], [40]。相比之下，铝基体的纯度作为控制腐蚀行为的内在因素，提供了一种从源头调控腐蚀过程的路径，因此已成为优化阳极性能的重要方向。现有相关研究各有侧重：一项研究对纯度范围从 2N8 到 5?N 的铝试样进行了广泛的光谱电化学对比，建立了材料纯度与腐蚀性能之间的基本关联 [41]。另一项研究则聚焦于铝基体中富铁金属间化合物相引起的局部腐蚀，阐明了单个杂质相如何影响铝的腐蚀 [42]。在这些有价值的先前工作的基础上，本研究进一步面向实际工程应用场景。我们没有进行广泛的纯度范围对比，而是精心选取了两个对铝空气电池具有高度实际应用代表性的铝等级，分别对应低成本工业部署和高稳定性精密储能应用。这使得我们的研究结果对铝空气电池的工业实施更具相关性。
从工程商业化和成本效益的角度来看，99.70% 工业纯度铝具有成本低和原材料供应充足等优势。然而，其中的杂质和第二相颗粒容易引发微电偶腐蚀和严重的自析氢副反应。相比之下，99.99% 高纯度铝虽然原材料成本相对较高，但其较低的杂质含量和更均匀的微观组织提供了优异的固有耐腐蚀性和放电稳定性，从而有效减少了服役过程中的腐蚀损失。对于工业纯度铝，可通过加入合适的电解液缓蚀剂进一步调控其腐蚀行为，实现具有成本效益的实际应用。同时，高纯度铝在需要高稳定性和长使用寿命的专用储能系统和便携式电源领域展现出强大的商业潜力。
基于以上考虑，且与大多数现有研究侧重于铝合金的合金改性、表面涂层和热机械处理不同，本工作有意避免引入合金元素和塑性变形等额外变量。相反，选用未经加工的铸态 99.70% 工业纯度铝和 99.99% 高纯度铝作为模型材料，仅研究材料纯度的内在效应。采用电化学测量、失重测试、析氢测量和放电性能评估，定量分析了铝阳极的自腐蚀和析氢行为。结合扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、电子背散射衍射（EBSD）、原子力显微镜（AFM）和扫描开尔文探针力显微镜（SKPFM）表征，系统考察了不同纯度铝阳极的微观组织和腐蚀表面形貌。全面研究了铝纯度对碱性溶液中腐蚀行为的影响，并进一步阐明了杂质诱导微电偶腐蚀的微观机制。本研究旨在为高性能铝空气电池铝阳极的选材和成分优化提供实验证据和理论支持，从而有助于缓解铝空气电池技术工业化过程中的腐蚀相关问题。
