钴硼合金的改性及其电化学储氢性能的研究
发布时间：2022-01-22 03:42
据有关报道可知,近些年,有许多新型储氢合金受到了关注,而具有高放电容量的钴基合金就是其中之一,作为新的能源储存和转化材料而被研究,应用于镍氢电池的负极材料。本文中的所有试验都是以Co2B合金为主研究主体,通过利用机械球磨和化学置换的方法,将Pd、Cu、碳纤维和Co3O4纳米颗粒掺入其中形成以钴基合金为主的复合材料,从而研究对Co2B合金的微观结构和电化学性能的影响,本论文的研究主要内容和结果如下:（1）利用机械球磨的方法将5wt.%Pd掺入Co2B合金当中,通过研究球磨时间对Co2B+5wt.%Pd复合合金的影响,当球磨时间为30min时,Pd的分布最均匀,复合合金的电化学性能最佳。研究表明,Pd作为一种高效催化剂,可以加速电荷的转移速率,从而改善了材料的动力学和电化学活性。（2）通过机械球磨的方法分别掺入碳纤维和Co3O4纳米颗粒以及将碳纤维和Co3O4纳米颗粒共同掺...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二次电池重量能量密度比较及常见储氢材料
第一章绪论4图1.2Ni-MH电池电化学反应过程原理图1.4电化学性能与储氢性能之间的关系在实际应用领域里，Ni-MH电池的容量，交换电流密度（Io），耐用性（循环寿命）和放电性能（动力学）等参数，与用作活性材料的储氢合金的特有的性质密切相干[17-19]。金属间化合物的电化学行为取决于其结构，还有其中每种元素的性质和含量。室温下金属氢化物的排放压力应在0.1和1atm之间，以确保可以完全释放合金中储存的氢气。储氢材料可以吸收的氢气量决定了电极的电化学存储容量，因此决定了电池的能量存储容量。为了得到具有电化学上可逆的高存储容量，应考虑储氢合金的稳定性。组成原子之间化学键的性质在决定氢化物稳定性方面起着主导作用，储氢合金的解吸压力对应于MH电极的平衡电位。在要求的氢气脱附压力范围内（0.1-1atm），脱附压力应足够高，即平衡电位应足够负（接近-0.9324Vvs.Hg=HgO），以确保大量的氢气可以完全释放出来。为了确保可逆性，储氢合金中的M-H键强度的范围应在25至50kJmol-1之间。如果粘结强度太低，氢将不会与合金发生反应，而是会以气体的形式释放出来。如果结合强度太高，则储氢合金不会可逆地存储氢[20,21]。合金的氢扩散性和交换电流密度（Io）与镍氢电池的放电速率是正相关的关系，特别是在放电电流密度比较大的情况下，这种关系更为明显。这些参数与质量转移和电荷转移过程有关，电池的放电能力主要取决于这些过程[10]。在放电过程中，必须通过扩散将合金中存储的氢带到合金表面，然后，氢必须在金属-电解质界面与氢氧根离子发生反应。大部分合金中的氢扩散性和交换电流密度（Io）影响氢在镍氢电池中的存储速率以及从镍氢电池中去除的速率。交换电流密度（Io）主要受表面性质的
第一章绪论7单质为固态的元素对合金中La、Ni部分替代的影响，部分数据在表1.3中呈现。在金属锰代替镧的实验中，经过一系列的研究后，实验者发现改良后的电池其放电量更高且不容易衰减，性能得到了提升，并且部分合金可以用于实际实验当中，尤其是其中的Mm(NiCoMnAl)5储氢合金材料其性能尤为突出，1990年，日本初次开始进行了镍氢电池的商业化。而我国的包头稀土研究所则在九十年代初，国家的“863”项目支持下，通过大量的实验，自主研究出了合金Mm(NiCoMnAl)5材料，从而使镍氢电池在我国开始有了产业化[44]。目前LaNi5合金材料的放电容量已达到了340~350mAh/g，基本靠近了LaNi5合金的理论放电容量—372mAh/g。为实现合金功能的多样化，高功率、高容量是比不可少的条件，而钴的含量对于LaNi5型合金材料起着至关重要的作用，钴能够降低合金材料的粉化概率，提高电池的循环次数。除此之外，热处理工艺也可对合金造成一定的影响，在实际应用当中，许多企业大量制备合金材料的方法是真空感应熔炼，由于量大，且元素种类繁多，所以容易造成偏析等后果，但在后来的操作当中发现，要想使合金晶相更加均匀，可以使用水冷锭模浇铸或速凝甩带的方法，结晶度也提高了很多，这样可使合金材料的放电现象更加稳定[45-49]。并且，通过镍的包覆、酸碱处理得到更厚的镍层的话，可以提高合金的导电性，从而使合金的电阻降低，外表面活性提升，获得高功率的负极电极材料。图1.4LaNi5合金的晶体结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]Improved electrochemical hydrogen storage capacity of Ti45Zr38Ni17 quasicrystal by addition of ZrH2[J]. Jianxun Zhao,Xiaojie Zhai,Xing Tao,Zhe Li,Qingshuang Wang,Wanqiang Liu,Limin Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2018(06)
[2]Process optimization of electroless copper plating and its influence on electrochemical properties of AB5-type hydrogen storage alloy[J]. 张博,吴文远,尹少华,李世伟,罗瑶,边雪,涂赣峰. Journal of Rare Earths. 2010(06)
本文编号：3601489
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二次电池重量能量密度比较及常见储氢材料
第一章绪论4图1.2Ni-MH电池电化学反应过程原理图1.4电化学性能与储氢性能之间的关系在实际应用领域里，Ni-MH电池的容量，交换电流密度（Io），耐用性（循环寿命）和放电性能（动力学）等参数，与用作活性材料的储氢合金的特有的性质密切相干[17-19]。金属间化合物的电化学行为取决于其结构，还有其中每种元素的性质和含量。室温下金属氢化物的排放压力应在0.1和1atm之间，以确保可以完全释放合金中储存的氢气。储氢材料可以吸收的氢气量决定了电极的电化学存储容量，因此决定了电池的能量存储容量。为了得到具有电化学上可逆的高存储容量，应考虑储氢合金的稳定性。组成原子之间化学键的性质在决定氢化物稳定性方面起着主导作用，储氢合金的解吸压力对应于MH电极的平衡电位。在要求的氢气脱附压力范围内（0.1-1atm），脱附压力应足够高，即平衡电位应足够负（接近-0.9324Vvs.Hg=HgO），以确保大量的氢气可以完全释放出来。为了确保可逆性，储氢合金中的M-H键强度的范围应在25至50kJmol-1之间。如果粘结强度太低，氢将不会与合金发生反应，而是会以气体的形式释放出来。如果结合强度太高，则储氢合金不会可逆地存储氢[20,21]。合金的氢扩散性和交换电流密度（Io）与镍氢电池的放电速率是正相关的关系，特别是在放电电流密度比较大的情况下，这种关系更为明显。这些参数与质量转移和电荷转移过程有关，电池的放电能力主要取决于这些过程[10]。在放电过程中，必须通过扩散将合金中存储的氢带到合金表面，然后，氢必须在金属-电解质界面与氢氧根离子发生反应。大部分合金中的氢扩散性和交换电流密度（Io）影响氢在镍氢电池中的存储速率以及从镍氢电池中去除的速率。交换电流密度（Io）主要受表面性质的
第一章绪论7单质为固态的元素对合金中La、Ni部分替代的影响，部分数据在表1.3中呈现。在金属锰代替镧的实验中，经过一系列的研究后，实验者发现改良后的电池其放电量更高且不容易衰减，性能得到了提升，并且部分合金可以用于实际实验当中，尤其是其中的Mm(NiCoMnAl)5储氢合金材料其性能尤为突出，1990年，日本初次开始进行了镍氢电池的商业化。而我国的包头稀土研究所则在九十年代初，国家的“863”项目支持下，通过大量的实验，自主研究出了合金Mm(NiCoMnAl)5材料，从而使镍氢电池在我国开始有了产业化[44]。目前LaNi5合金材料的放电容量已达到了340~350mAh/g，基本靠近了LaNi5合金的理论放电容量—372mAh/g。为实现合金功能的多样化，高功率、高容量是比不可少的条件，而钴的含量对于LaNi5型合金材料起着至关重要的作用，钴能够降低合金材料的粉化概率，提高电池的循环次数。除此之外，热处理工艺也可对合金造成一定的影响，在实际应用当中，许多企业大量制备合金材料的方法是真空感应熔炼，由于量大，且元素种类繁多，所以容易造成偏析等后果，但在后来的操作当中发现，要想使合金晶相更加均匀，可以使用水冷锭模浇铸或速凝甩带的方法，结晶度也提高了很多，这样可使合金材料的放电现象更加稳定[45-49]。并且，通过镍的包覆、酸碱处理得到更厚的镍层的话，可以提高合金的导电性，从而使合金的电阻降低，外表面活性提升，获得高功率的负极电极材料。图1.4LaNi5合金的晶体结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]Improved electrochemical hydrogen storage capacity of Ti45Zr38Ni17 quasicrystal by addition of ZrH2[J]. Jianxun Zhao,Xiaojie Zhai,Xing Tao,Zhe Li,Qingshuang Wang,Wanqiang Liu,Limin Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2018(06)
[2]Process optimization of electroless copper plating and its influence on electrochemical properties of AB5-type hydrogen storage alloy[J]. 张博,吴文远,尹少华,李世伟,罗瑶,边雪,涂赣峰. Journal of Rare Earths. 2010(06)
本文编号：3601489
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