Mg-Ni儲(chǔ)氫合金制備、顯微組織及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、鎂基儲(chǔ)氫合金有著儲(chǔ)氫容量高、密度小、成本低、無污染等特點(diǎn),這使得其成為了鎳氫(Ni-MH)電池中應(yīng)用前景最廣闊的材料之一。然而,鎂基儲(chǔ)氫合金的實(shí)用電化學(xué)容量較低、動(dòng)力學(xué)性能不佳和在堿性溶液中抗腐蝕能力差等因素限制了它在鎳氫電池的實(shí)際應(yīng)用。
　　本文采用機(jī)械合金化制備出MgxNi(x=1、1.5、2;at％),Mg2Ni+x wt%石墨(x=0、5、10),Mg2Ni0.9M0.1(M=Mo、Sn)三個(gè)系列合金。分析了制備得到的合金

2、顆粒的微觀組織結(jié)構(gòu)和電化學(xué)行為,并探討了鎂鎳比、表面包覆處理以及元素替代對(duì)合金的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的改善作用。其主要結(jié)論如下:
　　(1)在轉(zhuǎn)速為300r/min、球料比為20:1的球磨參數(shù)下,經(jīng)過球磨120h,成分為MgNi的合金粉末呈現(xiàn)出完全非晶態(tài)。Mg/Ni比越低,Mg-Ni合金在球磨過程中非晶化程度就越高。在三種成分的合金中,非晶態(tài)Mg-Ni合金擁有最優(yōu)良的電化學(xué)性能以及很好的循環(huán)穩(wěn)定性,10個(gè)充放電周期過后放電容量仍高達(dá)2

3、78mAh/g,電量保持率為64%。通過循環(huán)伏安測(cè)試,并由此計(jì)算出了氫在這些電極中的擴(kuò)散系數(shù)。研究結(jié)果表明,Mg-Ni儲(chǔ)氫合金的電極反應(yīng)為擴(kuò)散控制過程。在非晶態(tài)的MgNi合金電極中,氫表現(xiàn)出相對(duì)較強(qiáng)的擴(kuò)散能力,其擴(kuò)散系數(shù)為1.98×10-8cm2/s。
　　(2)采用石墨對(duì)Mg2Ni合金進(jìn)行球磨包覆,結(jié)果表明,石墨的添加不僅可以改善Mg2Ni合金的放電容量,而且可以提高其抗腐蝕性能。添加5 wt%石墨和添加10 wt%石墨合金的最

4、大放電量分別為340mAh/g和323mAh/g,在第10個(gè)循環(huán)周期后的電量保持率分別為62.9%和48.9%,在經(jīng)過15次循環(huán)后,電量保持率也分別高達(dá)41.2%和37.2%。經(jīng)過分析表明,晶粒的不斷細(xì)化、粉末的層片狀結(jié)構(gòu)以及富余的納米晶Ni是石墨球磨包覆后的合金粉末表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能的主要原因。
　　(3)Mo和Sn對(duì)Ni的部分替代都能顯著地提高M(jìn)g2Ni系的放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性。在相同的球磨時(shí)間下,Sn對(duì)Ni部分替代的合金