镁空气电池用Mg-Ce系阳极材料腐蚀行为与放电性能研究
摘要
在环境和能源问题的双重压力下，对新型清洁能源的需求变的越来越迫切。一次镁
空气电池作为新型化学电源，因其原材料来源丰富、安全环保、理论比能量高，被称为
“面向21世纪的绿色能源”。但普通镁阳极“阳极效率低”、“放电活性差”，导致镁
空气电池使用寿命缩短、能量密度降低，严重阻碍了其广泛商业化发展。本文以Mg-Ce
基合金为研究材料，通过合金化及热处理、热挤压工艺相结合来提升镁阳极在水系电解
质中的耐蚀性能和放电活性。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X
射线光电子能谱仪(XPS)等表征手段并结合电化学测试、电池性能测试和析氢测试，研
究微观组织演变对镁阳极性能的调控效果，研究了放电性能影响机理，相关研究将丰富
和发展镁空气电池用高性能镁阳极的基础数据。实验结果表明：
1、Mn合金化使Mg-1.5Ce合金腐蚀电位负移，阳极析氢减弱，块状效应减轻。1
wt.%Mn能细化Mg-1.5Ce合金的晶粒尺寸，增加晶界密度，提高整体表面反应活性，从
而提高放电电压。减弱的阴极反应动力学使腐蚀电位负移，降低腐蚀速率，提高合金耐
腐蚀性，腐蚀速率由81.5mm·y-1降至2.31mm·y-1。此外，Mn还能在一定程度上改善电
压波动。
2、固溶处理使Ce溶质再分布，促进氧化膜的快速形成。固溶处理减少了Mg12Ce
相的数量，提高了Mg基体中Ce溶质的浓度，Ce3+不仅能提高镁阳极的比容量，同时随
α-Mg溶解形成的CeO2提高了产物膜的致密性，有效减缓阳极析氢，利于产物在短时间
内沉积，避免长时间放电形成较厚的无效产物，减小Mg2+的扩散阻力，提升放电电压。
降低的相体积分数减小了微电偶对腐蚀的加速作用，减弱块状效应。放电电流密度为1
mA·cm-2时，固溶处理使放电电压由1.5341V增长至1.5742V，阳极效率由19.38%增长
至31%。
3、高温热挤压后，热处理残留第二相被挤碎，动态再结晶使晶粒得到进一步细化，
合金的耐蚀性较固溶态有所增加，块状效应导致的效率损失降低。随电流密度增加阳极
析氢抑制程度增加。固溶态合金挤压后使阳极效率由31%增长至46.51%。均匀分布的
细小第二相，有利于合金表面疏松和具有大量裂纹的无效放电产物剥离与脱落。
关键词：镁空气电池；镁合金；镁阳极；腐蚀行为；放电性能
镁空气电池用Mg-Ce系阳极材料腐蚀行为与放电性能研究
Abstract
Underthedoublepressureofenvironmentalandenergyproblems,thedemandfornew
cleanenergybecomesmoreandmoreurgent.Asanewtypeofchemicalpowersupply,primary
magnesiumairbatteryiscalledgreenenergyforthe21stcenturybecauseofitsrichsource
ofrawmaterials,safetyandenvironmentalprotection,andhightheoreticalspecificenergy.But
commonmagnesiumanodeanodeefficiencyislow,dischargeactivityispoor,resultingin
magnesiumairbatterylifeisshortened,energydensityisreduced,seriouslyhinderitsextensive
commercialdevelopment.Inthispaper,Mg-Cealloywasusedastheresearchmaterialto
improvethecorrosionresistanceanddischarg