非晶Mg-Ni合金的结构改性及电化学储氢性能研究

发布时间：2017-11-12 22:04

本文关键词：非晶Mg-Ni合金的结构改性及电化学储氢性能研究

【摘要】：开发新型高容量、长寿命、绿色环保的负极材料是镍氢电池研究的重点之一。与商用镍氢电池AB5型稀土合金负极材料相比,非晶Mg-Ni合金由于具有放电容量高、活化性能好、价格低廉和环境友好等优点,但由于Mg化学性质活泼,极易在碱液中腐蚀,造成非晶Mg Ni合金的放电容量快速衰减,制约了它的实际应用。为了改善非晶Mg Ni合金的循环电化学性能,本文一方面采用球磨添加红磷P和石墨烯G对非晶Mg Ni合金进行结构改性,探讨了球磨工艺、添加量和添加方式等对合金结构和电化学性能的影响;另一方面采用磁控溅射方法制备非晶Mg Ni薄膜及不同表面镀层的非晶Mg Ni/Pd/PTFE复合薄膜,研究了不同Mg Ni/Pd/PTFE复合薄膜电极的电化学性能,得到以下主要结论:采用两种方式制备磷掺杂的非晶Mg Ni合金:(1)先球磨得到化学计量比为1:1的非晶Mg Ni合金,再添加磷混合球磨得到非晶Mg Ni-P合金(称为两步法);(2)直接将Mg粉、Ni粉和磷粉一起混合球磨得到非晶Mg-Ni-P合金(称为一步法)。电化学测试结果表明,磷的添加有利于促进Mg Ni合金的非晶化,提高合金的耐腐蚀性,从而改善其循环稳定性能。其中,两步法制备的合金中,以添加量5wt%并球磨5h的Mg Ni-5wt%P电极性能表现最佳,其30次循环后的放电容量及容量保持率为108.5 m Ah/g和34.4%,远高于非晶Mg Ni合金的51 m Ah/g和9.9%。而一步法制备的合金中以Mg-Ni-5wt%P电极性能表现最佳,其30次循环后放电容量及容量保持率分别为118.8 m Ah/g和43.4%。相较之下,一步法制取的Mg-Ni-5wt%P合金电极性能更好。采用机械球磨制备了石墨烯包覆的非晶Mg Ni复合电极合金。结果表明,球磨添加石墨烯后能在部分非晶Mg Ni合金颗粒表面形成包覆层,有效抑制了合金在碱液中的腐蚀,从而改善其循环稳定性能。其中,添加5wt%石墨烯以150rpm转速球磨5h的Mg Ni-5wt%G合金电极性能表现最好,其30次循环后的放电容量及容量保持率分别为115.7 m Ah/g和24.0%,但是其初始最大放电容量(481.6m Ah/g)比纯Mg Ni电极(516.3 m Ah/g)略有降低。同时将Mg-Ni-P合金与5wt%石墨烯混合球磨,得到非晶Mg-Ni-xwt%P-G(x=2,5)合金。结果表明,同时添加磷和石墨烯增加了合金表面的导电率,能有效提高合金的循环放电容量及循环稳定性。其中,Mg-Ni-5wt%P-G合金的电极性能最佳,其初始放电容量及30次循环后的放电容量分别为431.7m Ah/g和136m Ah/g。此外,采用磁控溅射方法制备了四种不同的非晶薄膜(Mg Ni、Mg Ni/Pd、Mg Ni/PTFE、Mg Ni/Pd/PTFE)。结果表明,Pd能催化薄膜表面氢的解离和重组并提供一个氢扩散通道,而PTFE则起到一个全方位保护Mg Ni膜、提高其耐碱液腐蚀性的作用,在两者的协同作用下Mg Ni/Pd/PTFE三层膜表现出最佳的电化学性能。其最大放电容量以及100次循环后的放电容量和容量保持率分别为263.2m Ah/g、104.5m Ah/g和39.7%,远高于纯Mg Ni薄膜电极的248.0 m Ah/g,19.6m Ah/g和7.9%。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG139.8

【参考文献】

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