海水电池用Mg-Hg-Ga阳极材料的基础研究

Mg-Hg-Ga阳极材料具有电极电位负、比能量高、比重小等优点，在海水电池领域有广阔的应用前景。目前，大功率海水电池用Mg-Hg-Ga阳极材料的研制采用传统的"炒菜法"，其弊端如下：第一，相图与相平衡的热力学信息非常匮乏；第二，未确定高性能Mg-Hg-Ga阳极材料的最佳第二相组成。针对问题一，系统深入研究Mg-Hg-Ga三元系低温时富镁角的等温截面，在此基础上采用热力学计算的方法建立Mg-Hg-Ga阳极材料的热力学数据库；针对问题二，研究Mg-Hg-Ga阳极材料的第二相形成、演变规律及其对电化学性能的影响，利用热力学数据库计算合金中析出的第二相的种类和相分数随温度的变化，在此基础上确定具有最佳第二相组成的合金成分，并设计严格的热处理制度控制第二相的形态，建立高性能Mg-Hg-Ga阳极材料的最佳组织形式。本项目的研究为高性能Mg-Hg-Ga阳极材料的设计和制备提供理论依据。

大功率海水电池用Mg-Hg-Ga阳极材料存在溶解不均匀、电流效率低下等问题，需要进一步进行合金设计和性能优化。本项目从相图指导合金设计的角度，采用实验测定和相图计算的方法（CALPHAD）确定了Mg-Hg-Ga三元系的相关系，通过显微组织观察和电化学性能检测研究了Mg-Hg-Ga阳极材料中多种第二相的演变规律及其对腐蚀电化学性能的影响，在此基础上设计了高活性Mg-Hg-Ga阳极材料的合金成分和热处理工艺；系统分析了合金元素Ga、In、Hg、Sn和Zn对镁阳极材料组织和性能的影响，并首次探讨了稀土元素La、Ce对Mg-Hg-Ga和Mg-Al-Pb阳极材料放电行为的作用机制。在Corrosion Science、Intermetallics、Electrochimica Acta和Journal of Materials Engineering and Performance等国际国内权威期刊上发表论文10篇，参加2次国际会议，申请了国内发明专利1项，获得中国有色金属科技论文一等奖。