Gd微合金化提升挤压Mg-1.5Sn-1.5Bi合金微观结构与电化学性能：镁空气电池负极材料的突破

本文系统研究了Gd微合金化对挤压Mg-1.5Sn-1.5Bi-xGd（x=0-1 wt%）合金的微观结构调控作用及其在镁空气电池（Mg-air battery）中的应用潜力。通过优化Gd含量（0.75 wt%），显著细化α-Mg晶粒（平均尺寸9.8 μm），提高动态再结晶比例（60.4%），并弱化基面织构强度。形成的MgBiGd相有效抑制析氢反应（HER），使合金在2.5 mA cm?2放电条件下获得1.45 V的高放电电压和35.6%的阳极利用率，为开发高性能镁基负极提供了新策略。

　　

Highlight

本研究通过热挤压制备了Mg-1.5Sn-1.5Bi-xGd（x=0-1.0 wt%）合金系列，系统探讨了Gd含量变化对微观结构、腐蚀行为和放电性能的影响。发现0.75 wt% Gd的添加能显著优化镁空气电池的阳极效率和放电性能，为一次性电池用镁基材料的开发提供了重要参考。

Results and discussion

X射线衍射（XRD）分析显示（图2），M-1至M-5合金中主要存在α-Mg、Mg₃Bi₂和MgBiGd相。其中α-Mg基体相衍射峰最强，而Mg₃Bi₂在所有样品中均被检测到，表明Bi主要通过形成Mg₃Bi₂相分布。值得注意的是，MgBiGd相的出现可能通过改变合金电化学表面特性，有效抑制了析氢反应（HER）动力学。

Conclusion

在热挤压制备的Mg-1.5Sn-1.5Bi-xGd合金中，0.75 wt% Gd的添加使合金获得最小平均晶粒尺寸（9.8 μm）、最高完全再结晶比例（60.4%）和最弱基面织构强度。这些特性共同贡献于其优异的自腐蚀抗力和放电性能，在2.5 mA cm^?2电流密度下实现1.45 V放电电压和35.6%阳极利用率，展现出作为镁空气电池负极材料的巨大潜力。