AB5/Mg2Ni及AB5/CNTs复合储氢合金的制备、结构与电化学性能

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随着镍氢电池的迅速发展,现代市场对研制绿色环保、价格低廉、具有高性能的储氢材料提出了更高的要求。目前AB5型稀土储氢合金仍是我国镍氢电池的主要负极材料,然而已商业化的AB5型储氢合金因放电容量低、成本高,越来越无法适应现代市场对其提出的要求。为了进一步提高AB5型储氢合金的性价比,本文将AB5型稀土储氢合金MmNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3分别与高理论储氢容量的Mg2Ni合金和有丰富比表面积的CNTs混合制备A B5/Mg2Ni及A B5/CNTs复合储氢合金,并对其结构与电化学性能进行系统研究,得到了一些重要结论。为了确定电极片压制时的最佳成型压力,本文首先研究了电极片压制时成型压力对A B5/Mg2Ni复合合金电极电化学性能的影响,研究结果表明:成型压力为11ton时,合金电极具有最佳的电化学性能。为了进一步提高Mm(NiCoMnAl)5/5wt.%Mg2Ni复合合金的电化学性能,对其进行了退火处理、快淬处理以及快淬+晶化处理,分别研究了退火温度、快淬速度和晶化温度对复合合金结构、电化学性能的影响规律与机制。对Mm(NiCoMnAl)5/5wt.%Mg2Ni复合合金退火处理的研究中发现,铸态复合合金由LaNi5相和少量的Mg2Ni相组成。退火温度为1023K时,合金中除了LaNi5主相外,还出现了(La,Mg)Ni3新相。电化学分析表明,复合合金的最大放电容量、放电平台特性和高倍率放电性能随退火温度的升高呈现出先增强后减弱的变化规律,其中退火温度为1023K时,合金电极的最大放电容量、放电平台特性和高倍率放电性能均达到最佳,这与合金中形成的(La,Mg)Ni3新相有关。对Mm(NiCoMnAl)5/5wt.%Mg2Ni复合合金快淬处理的研究中发现,快淬使复合合金形成了多相结构,除了合金中原有的LaNi5主相和少量Mg2Ni相外,还形成了LaNi3和La2Ni3新相。同时,随着快淬速度的增加,LaNi5相衍射峰强逐渐减弱并伴有部分衍射峰消失,Mg2Ni相衍射峰消失,而新相LaNi3衍射峰先增强后减弱。电化学分析表明,合金电极的放电容量和循环稳定性均随快淬速度的增加先提高后下降,当快淬速度为15m/s时合金电极具有最大的放电容量,快淬速度为20m/s时具有最佳的循环稳定性。对快淬态Mm(NiCoMnAl)5/5wt.%Mg2Ni复合合金晶化处理的研究中发现,晶化后的合金由LaNi5主相和少量LaNi3相组成。电化学性能测试表明,与晶化前相比合金晶化处理后的放电容量有所下降,而合金的循环稳定性均有明显改善。最后,为了充分发挥碳纳米管CNTs独特空心管状结构对氢的吸附和储存能力,将碳纳米管CNTs作为Mm(NiCoMnAl)5合金电极制备的导电剂,研究了不同球磨时间下碳纳米管CNTs导电剂对Mm(NiCoMnAl)5合金电极的电化学性能;同时采用机械合金化法制备Mm(NiCoMnAl)5/10wt.%CNTs复合合金,研究了机械球磨时间对Mm(NiCoMnAl)5/10wt.%CNTs复合合金结构和电化学性能的影响。在Mm(NiCoMnAl)5合金中添加不同球磨时间的碳纳米管CNTs导电剂的研究中发现,随着CNTs球磨时间的增大,合金电极的最大放电容量、放电性能及循环稳定性均呈现出先提高后减弱的变化规律。当CNTs球磨时间为2h时,合金电极的最大放电容量达到最大。在对Mm(NiCoMnAl)5/10wt.%CNTs复合合金的研究中发现,复合合金的XRD由LaNi5相特征峰和纯CNTs的特征衍射峰组成。随球磨时间的增大,LaNi5相的衍射峰明显变宽,而CNTs的衍射峰逐渐消失。电化学性能测试表明,合金的最大放电容量及高倍率放电性能均随球磨时间的增大呈现出先增加后减少的变化规律。当球磨时间为20min时,合金的最大放电容量、高倍率放电性能均达到最佳;然而合金循环稳定性随球磨时间的增加而逐渐下降。
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