一、電化學(xué)性能核心指標(biāo)與作用機(jī)制

（一）關(guān)鍵性能參數(shù)解析

標(biāo)準(zhǔn)電極電位（E°）

1. 定義：鋁合金在 25℃、1mol/L 離子濃度下的電極電位，決定驅(qū)動電流的能力

2. 典型值：高純 Al-Zn-In 系合金電位達(dá) - 1.18V（vs. SCE），較鋅陽極（-0.85V）驅(qū)動電壓高 330mV

理論電容量（C）

1. 鋁的理論電容量為 2930Ah/kg，是鋅（820Ah/kg）的 3.57 倍，意味著相同重量下鋁合金陽極可提供更長保護(hù)周期

電流效率（η）

1. 實(shí)際輸出電量與理論電容量的比值，受合金成分、介質(zhì)環(huán)境影響

2. 高純鋁合金在海水中 η 可達(dá) 95%，而工業(yè)純鋁（含 Fe>0.1%）η 僅 70%

自腐蝕速率（v）

1. 無陰極保護(hù)時(shí)陽極自身腐蝕速度，優(yōu)質(zhì)鋁合金 v<0.1mm / 年，劣質(zhì)合金可達(dá) 0.5mm / 年

（二）電化學(xué)行為動態(tài)解析

1. 陽極極化曲線特征

· 活化區(qū)（E<-1.2V）：Al 快速溶解，電流密度隨電位負(fù)移線性增加

· 鈍化區(qū)（-1.2V~-1.0V）：表面生成 Al₂O₃薄膜，電流密度驟降（如含 Si 雜質(zhì)的鋁合金易進(jìn)入鈍化區(qū)）

· 過活化區(qū)（E>-1.0V）：Cl⁻穿透氧化膜，發(fā)生局部腐蝕，電流密度波動

2. 腐蝕產(chǎn)物膜影響

· 海水中生成疏松多孔的 Al (OH)₃膜（孔隙率 > 60%），利于持續(xù)溶解

· 淡水中易形成致密 AlO (OH) 膜，導(dǎo)致電流效率下降 15%~20%

二、合金成分對電化學(xué)性能的影響機(jī)制

（一）主合金元素作用矩陣

（二）雜質(zhì)元素的危害閾值

· Fe：>0.15% 時(shí)形成 FeAl₃陰極相，導(dǎo)致局部電流集中，電流效率下降至 80% 以下

· Si：>0.05% 時(shí)與 Al 形成硬脆相，破壞腐蝕產(chǎn)物膜連續(xù)性

· Cu：>0.01% 時(shí)生成 CuAl₂，成為微電池陰極，加速自腐蝕

三、性能優(yōu)化策略與技術(shù)路徑

（一）合金成分設(shè)計(jì)優(yōu)化

1. 多元合金協(xié)同強(qiáng)化

· Al-Zn-In-Sn-Ti 五元體系：

· Zn（5%）降低極化，In（0.05%）促進(jìn)均勻腐蝕，Sn（0.15%）細(xì)化晶粒，Ti（0.05%）凈化晶界

· 性能提升：海水電流效率 98%，電位穩(wěn)定性 ±50mV，自腐蝕速率 0.03mm / 年

2. 梯度成分設(shè)計(jì)

· 表層：高 In（0.1%）+ 高 Sn（0.3%），增強(qiáng)初始活化性

· 芯部：高 Zn（7%）+ 低 In（0.02%），保證長期穩(wěn)定放電

（二）制備工藝改進(jìn)

1. 熔體凈化技術(shù)

· 采用六氯乙烷（C₂Cl₆）精煉 + 陶瓷過濾板（孔徑 20ppi），將 Fe 含量控制在 0.08% 以下，Si<0.03%

2. 快速凝固工藝

· 噴射沉積技術(shù)：冷卻速率 > 10³℃/s，晶粒尺寸從常規(guī)鑄造的 50μm 細(xì)化至 5μm，電流效率提升 10%

（三）表面改性處理

1. 微弧氧化預(yù)處理

· 在陽極表面生成多孔 Al₂O₃膜（孔隙率 30%~40%），孔徑 5~10μm

· 作用：加速初始活化，在淡水中可使電流效率從 75% 提升至 88%

2. 納米復(fù)合涂層

· 涂覆石墨烯（0.5%）+ 環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層，在土壤環(huán)境中：

· 降低界面電阻 50%，保護(hù)電流密度從 12mA/m² 提升至 18mA/mA