【摘 要】
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超晶格La-Y-Ni基储氢合金克服了 LaNi5基合金容量低和La-Mg-Ni基储氢合金制备困难的缺陷,得到了广泛的研究。La-Y-Ni基合金制备工艺简单,放电容量高,但仍存在在碱性电解液中易腐蚀,倍率性能有待提高的问题。本文采用磁悬浮感应熔炼法制备了(LaSmY)(NiMnAl)3.5合金,分别选取石油沥青、蔗糖、葡萄糖、壳聚糖为碳源,通过低温烧结,制备得到碳包覆合金样品,并与机械混合碳粉制备的
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超晶格La-Y-Ni基储氢合金克服了 LaNi5基合金容量低和La-Mg-Ni基储氢合金制备困难的缺陷,得到了广泛的研究。La-Y-Ni基合金制备工艺简单,放电容量高,但仍存在在碱性电解液中易腐蚀,倍率性能有待提高的问题。本文采用磁悬浮感应熔炼法制备了(LaSmY)(NiMnAl)3.5合金,分别选取石油沥青、蔗糖、葡萄糖、壳聚糖为碳源,通过低温烧结,制备得到碳包覆合金样品,并与机械混合碳粉制备的合金性能进行比较。采用XRD、SEM和电化学性能测试等方法研究了合金样品的物相结构、表面形貌和电化学性能,利用Raman和FTIR光谱分析了不同碳源在合金表面形成碳的组成成分和结晶状态,探究了碳包覆量和碳源种类对合金电化学性能的影响及机理。以沥青为碳源对合金进行碳包覆,电化学结果表明,碳包覆后合金电极的放电容量较未包覆的合金降低,但循环稳定性提高。且碳包覆后合金电极的放电容量和倍率性能随着碳包覆量的增加先增大后减小。碳包覆量为0.5 wt%时,合金电极具有最好的电化学性能,其Cmax降低最小,由350.5 mAh/g降低至345.7 mAh/g,HRD1200由67.99%提高至72.49%,循环300次后合金电极的容量保持率S300由73.75%提高至79.44%。动力学测试结果表明适当的碳包覆量可以提高合金表面的电催化活性和导电性,降低电荷转移阻抗,加快氢在合金中的扩散速率和电荷的转移速率,从而提高合金电极的倍率性能。降低烧结温度,以蔗糖为碳源,结果表明,碳包覆合金电极的放电容量、倍率性能和循环稳定性随着碳包覆量的增加先增大后减小。当碳包覆量为0.3 wt%时,合金电极的电化学性能最优越,其Cmax从354.5 mAh/g提升至359.0 mAh/g,高倍率放电性能HRD1200由65.84%提升至74.39%,容量保持率S300由73.15%提升至80.01%。拉曼光谱的分析结果表明,合金表面碳的粒径越小,对应碳的石墨化程度和导电性越高,越有利于合金的放电容量和倍率性能的提高。采用不同有机物为碳源对合金进行碳包覆,结果表明碳包覆能有效提高合金的循环稳定性。其中采用蔗糖、壳聚糖和葡萄糖为碳源,能有效地提高合金的Cmax和HRD。机械混合碳粉不能实现碳的均匀分布,因此对合金性能的提升效果较碳包覆的差,其中,蔗糖为碳源制备的碳包覆合金电极的性能最佳。拉曼和红外光谱结果表明,不同碳源碳化后在合金表面形成的碳为sp2和sp3混合结构的无定型碳,碳源在碳化过程中流动性越好、形成的碳分布越均匀且未完全碳化的残留物越少,碳的石墨化程度和导电性越高,对合金的电化学性能的提高效果越显著。
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