球磨PrMg 12 型储氢合金微观结构及电化学性能研究
发布时间：2021-04-05 11:10
环境的污染加速了氢能的开发,而氢化物是氢储存的首选,RE-Mg系合金因为高的储氢量和电化学理论容量成为最具希望的储氢材料。其不仅可以通过气态氢化反应实现储氢,还可以参与电化学反应从而拓展动力电池发展。本文在PrMg12球磨过程中添加不同Ni和石墨烯含量,测试了复合合金的微观结构;放电容量、循环稳定性、高倍率放电性能等电化学性与极限电流密度、氢扩散系数等动力学性能。首先,熔炼制备了PrMg12合金,分别添加50 wt.%、100 wt.%、150 wt.%和200 wt.%Ni球磨,得到球磨态合金。通过XRD及HRTEM分析了合金的相组成及微观结构,结果表明在各球磨时间中,增加Ni后合金的主相为Ni相,次相为Mg2Ni相和PrMg12相,随着球磨时间增加到40h,合金PrMg12相消失。合金的电化学性能表明,Ni能改善合金的最大放电容量,在Ni添加量为200 wt.%时达到最佳值。球磨时间为10h-40h对应最大放电容量分别为47 mAh/g,280 mAh/g,680 mAh/...
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
贮氢合金平衡氢压-温度测试仪器
内蒙古科技大学硕士学位论文-5-图1.2Ni-MH电池电化学工作原理图1.4改善电池性能的常见方法研究表明金属氢化物储氢是最理想的储氢方式，而金属氢化物中，镁以在地壳中的丰富含量、价格低廉、优秀的储氢能力等优势在金属氢化物中成了不二首眩镁基储氢合金具有相当高的储氢量和较大的放电容量，其中MgH2的理论储氢容量高达7.6wt%，最大理论放电量接近1000mAh/g。但镁基合金放氢动力学差、放氢条件苛刻、易腐蚀等固有缺陷严重限制了他们在实际中的应用，因此改善这些重难点问题是解决镁基储氢问题的关键[26]。经过探索，发现改进制备工艺或添加元素可以改善合金吸放氢性能。改进制备工艺可以通过机械球磨或快淬凝固处理等方法，使合金内部形成大量的非晶纳米晶结构，提供大量晶界和晶格缺陷，进而改善合金的吸放氢性能；或通过添加金属或金属复合物等，亦可降低合金的氢化物稳定性，达到改善合金吸放氢性能的目的[27,28]。在改进制备工艺中：Huang[29]等人利用溶剂热法，系统的研究了石墨烯添加对Mg65Ni27La8非晶态合金的影响。发现石墨烯添加量为0或0.2时，仅循环1.33次后合金的最大放电容量分别为623.7mAh/g和814.8mAh/g，极限电流密度为2233.4mA/g和5672.3mAh/g，阻抗分别为917mΩ和117mΩ，表明石墨烯的添加有效的改善了合金的动力学性能及循环稳定性等。Roman[30]等人利用快淬凝固技术制备了LaMg11Ni合金，研究发现快淬凝固处理的合金在20h后最大吸氢量达到5wt.%，是因为速度的增加会增加合金的非晶纳米晶结构，从而提高合金的吸放氢能力。Zhang[31]等人在机械球磨MgH2过程中掺杂10wt.%石墨烯，结果发现石墨烯在
内蒙古科技大学硕士学位论文-12-2实验2.1实验设计思路（1）探究相同球磨时间下添加不同Ni含量对PrMg12合金电化学及动力学性能的影响。通过中频真空感应熔炼炉（如图2.1所示）制备铸态PrMg12合金，采用行星式球磨机，在350r/min的转速下，分别球磨10h、20h、30h和40h。研究Ni含量对PrMg12合金微观结构及电化学与动力学性能的影响，对其影响机理作讨论分析，并选取出最佳镍添加量。其中，为了避免物料粘合到一起，20h至40h的球磨过程中，应每间隔10h将球磨罐取出，在手套箱中将球磨篦上的物料凿下再继续球磨。（2）探究等镍含量条件下，不同球磨时间对PrMg12储氢合金电化学及动力学性能的影响。将制得的PrMg12合金分别添加相同含量镍，采用不同的球磨时间，探究球磨时间对PrMg12微观结构、电化学及动力学影响，并对其机理作讨论分析，选取出最佳球磨时间。（3）在1、2步基础上选取出最优性能的复合合金，添加不同含量石墨烯，观察石墨烯对PrMg12/Ni合金微观结构与电化学及其动力学性能的影响。在选取出的最佳复合合金基础上，添加不同量的石墨烯进行混合球磨40h，研究添加石墨烯后合金微观结构及电化学和动力学性能的改变，探索石墨烯的改变机理并作出阐述，得出结论。图2.1中频真空感应熔炼炉
【参考文献】：
期刊论文
[1]过渡金属氟化物对Mg-Al合金储氢性能的改性研究[J]. 卿培林,蓝志强,蔡芳芳,黄显吞,李柳杰. 功能材料. 2019(03)
[2]固溶体MAX相(Ti0.5V0.5)3AlC2的制备及其对MgH2储氢性能的催化影响[J]. 张欣,沈正阳,简旎,姚建华,高明霞,潘洪革,刘永锋. 无机化学学报. 2019(01)
[3]Phase Structure and Electrochemical Properties of Melt-Spun La4MgNi17.5Mn1.5 Hydrogen Storage Alloys[J]. Yu Zhang,Fan-Song Wei,Jia-Ning Xiao,Xin Cai. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2017(11)
[4]Hydrogen storage thermodynamic and kinetic characteristics of PrMg12-type alloys synthesized by mechanical milling[J]. Jin-liang Gao,Yan Qi,Ya-qin Li,Hong-wei Shang,Dong-liang Zhao,Yang-huan Zhang. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2017(02)
[5]Electrochemical properties of CeMg11Ni+x% Ni composites （x=0,50, 100 and 200） prepared by ball-milling[J]. 王丽,王新华,陈立新,陈长聘. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2005(02)
硕士论文
[1]多元PrMg12基合金吸放氢机理及其储氢性能[D]. 李灿.安徽工业大学 2018
本文编号：3119523
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
贮氢合金平衡氢压-温度测试仪器
内蒙古科技大学硕士学位论文-5-图1.2Ni-MH电池电化学工作原理图1.4改善电池性能的常见方法研究表明金属氢化物储氢是最理想的储氢方式，而金属氢化物中，镁以在地壳中的丰富含量、价格低廉、优秀的储氢能力等优势在金属氢化物中成了不二首眩镁基储氢合金具有相当高的储氢量和较大的放电容量，其中MgH2的理论储氢容量高达7.6wt%，最大理论放电量接近1000mAh/g。但镁基合金放氢动力学差、放氢条件苛刻、易腐蚀等固有缺陷严重限制了他们在实际中的应用，因此改善这些重难点问题是解决镁基储氢问题的关键[26]。经过探索，发现改进制备工艺或添加元素可以改善合金吸放氢性能。改进制备工艺可以通过机械球磨或快淬凝固处理等方法，使合金内部形成大量的非晶纳米晶结构，提供大量晶界和晶格缺陷，进而改善合金的吸放氢性能；或通过添加金属或金属复合物等，亦可降低合金的氢化物稳定性，达到改善合金吸放氢性能的目的[27,28]。在改进制备工艺中：Huang[29]等人利用溶剂热法，系统的研究了石墨烯添加对Mg65Ni27La8非晶态合金的影响。发现石墨烯添加量为0或0.2时，仅循环1.33次后合金的最大放电容量分别为623.7mAh/g和814.8mAh/g，极限电流密度为2233.4mA/g和5672.3mAh/g，阻抗分别为917mΩ和117mΩ，表明石墨烯的添加有效的改善了合金的动力学性能及循环稳定性等。Roman[30]等人利用快淬凝固技术制备了LaMg11Ni合金，研究发现快淬凝固处理的合金在20h后最大吸氢量达到5wt.%，是因为速度的增加会增加合金的非晶纳米晶结构，从而提高合金的吸放氢能力。Zhang[31]等人在机械球磨MgH2过程中掺杂10wt.%石墨烯，结果发现石墨烯在
内蒙古科技大学硕士学位论文-12-2实验2.1实验设计思路（1）探究相同球磨时间下添加不同Ni含量对PrMg12合金电化学及动力学性能的影响。通过中频真空感应熔炼炉（如图2.1所示）制备铸态PrMg12合金，采用行星式球磨机，在350r/min的转速下，分别球磨10h、20h、30h和40h。研究Ni含量对PrMg12合金微观结构及电化学与动力学性能的影响，对其影响机理作讨论分析，并选取出最佳镍添加量。其中，为了避免物料粘合到一起，20h至40h的球磨过程中，应每间隔10h将球磨罐取出，在手套箱中将球磨篦上的物料凿下再继续球磨。（2）探究等镍含量条件下，不同球磨时间对PrMg12储氢合金电化学及动力学性能的影响。将制得的PrMg12合金分别添加相同含量镍，采用不同的球磨时间，探究球磨时间对PrMg12微观结构、电化学及动力学影响，并对其机理作讨论分析，选取出最佳球磨时间。（3）在1、2步基础上选取出最优性能的复合合金，添加不同含量石墨烯，观察石墨烯对PrMg12/Ni合金微观结构与电化学及其动力学性能的影响。在选取出的最佳复合合金基础上，添加不同量的石墨烯进行混合球磨40h，研究添加石墨烯后合金微观结构及电化学和动力学性能的改变，探索石墨烯的改变机理并作出阐述，得出结论。图2.1中频真空感应熔炼炉
【参考文献】：
期刊论文
[1]过渡金属氟化物对Mg-Al合金储氢性能的改性研究[J]. 卿培林,蓝志强,蔡芳芳,黄显吞,李柳杰. 功能材料. 2019(03)
[2]固溶体MAX相(Ti0.5V0.5)3AlC2的制备及其对MgH2储氢性能的催化影响[J]. 张欣,沈正阳,简旎,姚建华,高明霞,潘洪革,刘永锋. 无机化学学报. 2019(01)
[3]Phase Structure and Electrochemical Properties of Melt-Spun La4MgNi17.5Mn1.5 Hydrogen Storage Alloys[J]. Yu Zhang,Fan-Song Wei,Jia-Ning Xiao,Xin Cai. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2017(11)
[4]Hydrogen storage thermodynamic and kinetic characteristics of PrMg12-type alloys synthesized by mechanical milling[J]. Jin-liang Gao,Yan Qi,Ya-qin Li,Hong-wei Shang,Dong-liang Zhao,Yang-huan Zhang. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2017(02)
[5]Electrochemical properties of CeMg11Ni+x% Ni composites （x=0,50, 100 and 200） prepared by ball-milling[J]. 王丽,王新华,陈立新,陈长聘. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2005(02)
硕士论文
[1]多元PrMg12基合金吸放氢机理及其储氢性能[D]. 李灿.安徽工业大学 2018
本文编号：3119523
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