关于采用电沉积法制备的铜包铝空气电池性能评估的研究

《Scientific Reports》：An investigation on the performance assessment of copper-coated aluminium air battery using electro deposition method

　　

摘要

在本研究中，我们探讨了通过电化学方法在AA5083合金阳极上沉积铜涂层对铝空气电池（AABs）电化学性能的影响。铜通过电沉积方式沉积在铝合金表面，并使用扫描电子显微镜（SEM）观察其形态。共进行了四次实验，每次实验使用不同组成的混合溶液。电流供应量保持为0.3A，沉积条件分别为：第一次实验在35°C下持续15分钟，第二次在60°C下持续30分钟，第三次在45°C下持续1小时，第四次在55°C下持续1小时。样品4的沉积效率为80.75%，涂层厚度为1.1014厘米。通过开路电位（OCP）、循环伏安法（CV）、电化学阻抗谱（EIS）、氢气释放试验及腐蚀速率测试，研究了涂层阳极与未涂层阳极的电化学行为。循环伏安法（CV）的扫描速率为10 mV s^-1。样品的电位动态极化范围为?250 mV至+250 mV，扫描速率为1 mV s^-1。裸露的AA5083铝空气电池和镀铜AA5083电池的开路电位分别为1.42042 V和1.20145 V。FESEM分析证实铜确实沉积在AA5083表面。电化学测试表明，未涂层阳极的耐腐蚀性优于镀铜阳极。铜沉积后，阳极的电流腐蚀率（ICorr）从3.24 μA cm^-2增加到6.10 μA cm^-2，表明阳极溶解现象加剧。裸露合金的腐蚀速率为0.0358 mm y^-1，镀铜合金的腐蚀速率为0.0675 mm y^-1，因此镀铜阳极的腐蚀速率更高。EIS分析显示，镀铜后AA5083的阻抗显著降低，电荷转移电阻从68 Ω降至4.2 Ω（降低约94%），表明镀铜阳极的界面电子转移动力学得到改善；溶液电阻也从11 Ω降至3.8 Ω，表明电解质/电极的导电性得到提升；总阻抗从79 Ω降至9.8 Ω（降低87.6%），证明铜涂层有效提升了AA5083的电化学性能，使其更适合作为铝空气电池的阳极材料。镀铜阳极的氢气释放速率为29.98 mL cm^-2 h^-1。综上所述，性能的提升得益于铜形成的阻挡层，该层可控制铝的溶解并抑制不良的寄生腐蚀反应。这表明，像铜电沉积这样的低成本表面改性方法有望提升AA5083合金阳极在铝空气电池应用中的耐用性和电化学性能。