电沉积La-Mg-Ni合金研究

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储氢合金材料不仅有效地改善了镍氢电池的性能,而且其应用领域也在不断扩大,如何进一步提高镍氢电池的容量,使之满足生产生活的需求就变得非常紧迫。大量的研究表明,在传统的Ni/MH电池的阴极材料基础上加入稀土元素,可使电池容量更高,寿命更长,使用成本更低。其中La-Mg-Ni系储氢合金材料,因其储氢容量高,活化性能好,作为Ni/MH电池的阴极材料,具有很好的开发应用前景。目前制备La-Mg-Ni系储氢合金材料的主要方法有熔炼法、机械化合金法以及烧结法等,这些方法设备复杂,成本较高,且只能获得粉末状和块状的合金材料,而电沉积法具有设备简单,能直接成膜作为电极使用等优点。本文在对国内外稀土系储氢合金研究基础上,分别在乙酰胺、脲和溴化钠的体系中采用熔盐恒电位沉积法;在水溶液中采用恒电位、恒电流和脉冲等方法制备了La-Mg-Ni合金膜。应用循环伏安(CV)、Tafel极化曲线和交流阻抗(EIS)等方法研究了合金膜的电化学性能,通过扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)以及X射线衍射(XRD)等研究了沉积层的表面形貌、组成和结构。研究结果表明:从电沉积合金薄膜的XRD图谱中可以看出,电沉积的合金薄膜有较强的LaMg2Ni9特征峰;熔盐电沉积中,随着阴极电位负移的增大,镧和镁的含量增加,合金膜的表面越来越平整,储氢性能逐步增强;当沉积电位为-1.0V时,合金膜表面的表观活化自由能最小(△G≠=22.51kJ·mol-1),说明具有很高的析氢活性,在EIS中的吸附程度Q为7.98μF·cm-2,表明其具有很高的储氢能力。在水溶液中进行恒电位电沉积时,在合金膜还原峰值电位附近,随着阴极电位负移的增大以及沉积电流的增加,合金膜表面裂纹增大;当沉积电位负于-0.5V时,合金膜上有单独的镍被还原出来;当沉积电位为-0.7V时的,合金膜表面的表观活化自由能最小( G≠=22.25 kJ·mol-1),说明具有很高的析氢活性。在水溶液中采用恒电流法制备La-Mg-Ni合金膜时,当沉积电流密度为30A·dm-2时沉积出的薄膜的表观活化自由能最低为31.88 kJ·mol-1,说明其良好的析氢活性。当在水溶液中进行脉冲电沉积时,平均电流密度为33A·dm-2,占空比为25%,频率为150Hz时所获合金膜较为致密,循环储氢最好,其G≠=23.15 kJ·mol-1,Q值达到8.08μF·cm-2
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