石墨烯及镍、钴负载对La-Mg-Ni基储氢合金电化学性能影响的研究

发布时间：2017-10-15 20:29

  本文关键词：石墨烯及镍、钴负载对La-Mg-Ni基储氢合金电化学性能影响的研究

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【摘要】：由于较高的储氢容量和很好的吸氢/脱氢作用,La-Mg-Ni基储氢合金作为镍氢电池最具潜力的负极材料之一,相对于传统的AB5型储氢合金具有更高的研究热度。石墨烯是一种新型碳材料,具有优异的导电性,高比表面积,可以负载过渡金属元素形成纳米复合材料,提高镍氢电池的高倍率放电性能。本文主要从三个部分来研究石墨烯及石墨烯负载对La_(0.7)Mg_(0.3)(Ni_(0.85)Co_(0.15))_3.5合金储氢及电化学性能的影响。为了提高La_(0.7)Mg_(0.3)(Ni_(0.85)Co_(0.15))_3.5合金的综合储氢性能,系统地研究了石墨烯添加以及表面处理对合金储氢及电化学性能的影响。添加石墨烯并经过表面处理后,La_(0.7)Mg_(0.3)(Ni_(0.85)Co_(0.15))_3.5合金电极的高倍率放电性能(HRD)显著提高,合金电极的极限电流密度IL,交换电流密度I0,氢原子的扩散系数D和阳极峰电流Ip也都有所提高。在这些样品电极中,添加质量分数为1%石墨烯的电极表现出了最好的电化学储氢及动力学性能。在碱性电解液中,由于金属镍对水和氢的电化学氧化还原反应具有很强的催化作用,通过在石墨烯片上负载镍金属颗粒,并用乙二醇做溶剂,氢气做还原剂,成功合成了石墨烯/镍纳米复合物。通过X射线衍射分析,扫描电子显微镜,能谱分析和传统的电化学测试,系统研究了添加石墨烯及石墨烯/镍纳米复合物对La-Mg-Ni基合金储氢及电化学性能的影响。结果表明,随着石墨烯及石墨烯/镍纳米复合物加入,复合物电极的放电容量,循环寿命,放电特性和电化学动力学都提高了。其中,加入2%石墨烯/镍纳米复合物后,电极的电化学动力学提升最明显。钴元素是改善储氢合金电极循环寿命最为有效的元素,石墨烯可以显著提高镍氢电池高倍率放电性能。为了提高La_(0.7)Mg_(0.3)(Ni_(0.85)Co_(0.15))_3.5合金电极的电化学综合性能,我们用乙二醇做溶剂,氢气做还原剂,成功合成了石墨烯/钴纳米复合物,并通过l0min球磨处理,成功制备添加不同含量石墨烯/钴纳米复合物的复合物电极。通过吸放氢测试和一系列的电化学测试,我们发现随着石墨烯/钻纳米复合物的添加,La_(0.7)Mg_(0.3)(Ni_(0.85)Co_(0.15))_3.5合金的最大吸放氢容量先增加后减少;最大放电容量Cmax,高倍率放电性能HRD,交换电流密度I0,极限电流密度IL,以及阳极峰电流Ip,除氢原子的扩散系数D都显著提高。
【关键词】：La-Mg-Ni基储氢合金 石墨烯 石墨烯纳米复合物 电化学性能 镍氢电池
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG139.7
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 引言11
• 1.2 镍氢电池负极材料的研究11-13
• 1.3 实验方向和内容13-15
• 第二章 实验方法15-19
• 2.1 储氢合金的制备15
• 2.2 储氢合金的相结构、表面形貌和元素组成分析15
• 2.3 储氢合金的吸放氢性能测试15-16
• 2.4 电化学测试16-19
• 2.4.1 制备储氢合金电极16
• 2.4.2 储氢合金电极的充放电测试16-17
• 2.4.3 储氢合金电极的电动力学性能测试17-19
• 第三章 石墨烯添加对La_(0.7)Mg_(0.3)(Ni_(0.85)Co_(0.15))_(3.5)合金储氢及电化学性能的影响19-31
• 3.1 实验材料和准备19
• 3.2 实验结果及讨论19-30
• 3.2.1 微观结构分析19-22
• 3.2.2 储氢性能研究22-23
• 3.2.3 电化学性能研究23-30
• 3.3 结论30-31
• 第四章 石墨烯/镍纳米复合物对La_(0.7)Mg_(0.3)(Ni_(0.85)Co_(0.15))_(3.5)合金储氢及电化学性能的影响31-45
• 4.1 材料和准备31-32
• 4.2 结果及讨论32-44
• 4.2.1 复合物的微观结构分析32-35
• 4.2.2 吸放氢性能测试35-36
• 4.2.3 电化学性能测试36-44
• 4.3 结论44-45
• 第五章 石墨烯/钴纳米复合物对La_(0.7)Mg_(0.3)(Ni_(0.85)Co_(0.15))_(3.5)合金储氢及电化学性能的影响45-57
• 5.1 实验材料的准备45-46
• 5.2 实验结果及讨论46-56
• 5.2.1 微观结构分析46-48
• 5.2.2 储氢性能研究48-49
• 5.2.3 电化学性能研究49-56
• 5.3 结论56-57
• 第六章 总结与展望57-60
• 6.1 石墨烯添加对La_(0.7)Mg_(0.3)(Ni_(0.85)Co_(0.15))_(3.5)合金储氢及电化学性能的影响57
• 6.2 石墨烯/镍纳米复合物对La_(0.7)Mg_(0.3)(Ni_(0.85)Co_(0.15))_(3.5)合金储氢及电化学性能的影响57-58
• 6.3 石墨烯/钴纳米复合物对La_(0.7)Mg_(0.3)(Ni_(0.85)Co_(0.15))_(3.5)合金储氢及电化学性能的影响58-59
• 6.4 新型镍氢电池负极材料的研究展望59-60
• 参考文献60-69
• 致谢69-70
• 攻读硕士学位期间发表论文70

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