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原文传递 Mg基和AB<,5>型储氢合金的制备、改性及电化学性能研究

论文题名：	Mg基和AB<,5>型储氢合金的制备、改性及电化学性能研究
关键词：	储氢合金;元素取代;表面改性;复合合金;电化学性能;电动汽车;机械球磨法;真空熔炼法
摘要：	电动汽车用Ni/MH电池的开发，是目前研究的热点。为了提高Ni/MH电池的整体性能，制备高性能的储氢合金负极材料是关键。针对目前作为动力用Ni/MH电池负极活性材料-储氢合金性能方面的某些缺陷，开展了几类储氢合金的分子设计与制备研究，探讨了元素取代、改性处理对合金结构、表面形貌以及电化学性能的影响，以期获得具有优良综合性能的Ni/MH电池负极材料，并为之提供理论和实验依据。本论文包括三个方面的内容，首先是关于Mg基合金的元素取代以及改性方面的研究；其次是关于AB5型合金的改性研究；第三是关于AB3-AB5复合合金的制备、结构和电化学性能研究。　　首先，针对Mg基合金循环性能差的缺陷，对其进行了元素取代、改性处理。　　采用机械球磨法制备了Mg1-xTixNi(x=0，0.1，0.2，0.3)合金。研究发现，合金电极的循环稳定性随着Ti含量的增加而升高。同时制备了Mg0.9Ti0.1Ni1-xMx(M=Co，Mn；x=0，0.1，0.2)合金，当合金中的Ni被Co或者Mn取代后，合金电极的循环性能得到改善。与文献报道相比，Mg0.9Ti0.1Ni0.9Mn0.1电极最大放电容量由131.4 mAh/g提高到248.9 mAh/g，20次循环后的容量保持率由47.3％提高到67.5％。　　利用表面包覆和热处理提高Mg基合金电极的循环稳定性。采用机械球磨法制备了MgNi—CoB合金，当包覆CoB后，合金电极的最大放电容量由文献值386.15 mAh/g增加到425.8 mAh/g，同时电极循环稳定性提高。另外，通过在Ar气保护下，于873 K预先热处理，再经机械球磨法制备Mg0.9Ti0.1Ni合金。经过热处理后，电极最大放电容量从229.9 mAh/g增加到331.9 mAh/g，容量保持率S30从17.2％提高到59.4％，此研究拓宽了提高Mg基合金循环性能的方法。　　 TiNi系合金对MgNi合金复合的研究鲜有报道，制备的MgNi-TiNi0.56Co0.44合金电极的最大放电容量为397.3 mAh/g，循环稳定性大大提高，容量保持率S50为62.4％。　　其次，针对AB5型MlNi3.5Co0.6Mn0.4Al0.5合金放电容量不高的缺陷，对其进行了氟处理、催化改性及复合改性。　　通过真空熔炼法制备AB5型MlNi3.5Co0.6Mn0.4Al0.5合金，首次采用不同含氟溶液对其处理，合金电极最大放电容量从314.8 mAh/g增加为325.7 mAh/g(NH4F)，326.5 mAh/g(LiF)和316.4 mAh/g(LiF+KBH4)；容量保持率S40从93.6％提高到96.5％(NH4F)、96.9％(LiF)和97.1％(LiF+KBH4)。　　采用金属氧化物ZnO和MnO2催化改性MlNi3.5Co0.6Mn0.4Al0.5合金，电极活化性能提高。MlNi3.5Co0.6Mn0.4Al0.5-xwt％ZnO(x=0，5，10)合金电极的放电容量从314.8 mAh/g(x=0)提高到333.5 mAh/g(x=5)和341.1mAh/g(x=10)。　　首次利用AB3型合金为改性剂，制备了AB5-B3复合合金。MINi3.5Co0.6Mn0.4Al0.5-xwt％Mm0.89Mg0.11Ni2.97Mn0.14Al0.20Co0.54(x=0，5，10)合金电极的最大放电容量从x=0合金的315 mAh/g提高为324.1 mAh/g(x=5)和324.6 mAh/g(x=10)；容量保持率S50从92.3％(x=0)增加到95.2％(x=10)，可以为动力电池用储氢合金的研发提供实验依据。　　此外，为了提高AB3型合金电极的循环稳定性，根据其理论放电容量高以及AB5型合金循环稳定性好的特点，首次提出将AB5型合金作为改性剂，制备AB3-AB5复合合金的研究思路。　　利用球磨法制备了Ml0.80Mg0.20Ni2.56Co0.50Mn0.14Al0.12-xwt％AB5(x=0，10，20，30)复合合金。加入AB5型合金后，电极的容量保持率S60从70.0％(x=0)增加到79.5％(x=10)，然后降低为74.4％(x=30)。放电电流密度为600 mA/g的倍率放电能力HRD600从78.8％(x=0)增加到88.4％(x=20)，然后降低为82.4％(x=30)。　　研究了La0.78Mg0.22Ni2.67Mn0.11Al0.11Co0.52-wt％AB5(x=0，10，20，30)复合合金的结构和电化学性能。随着x值的增大，电极的容量保持率S50从55.4％(x=0)增加到76.5％(x=20)，再降低为73.3％(x=30)。HRD600从94.2(x=0)增加到95.8％(X=10)，然后降低为88.8％(x=30)。
作者：	黄红霞
专业：	应用化学
导师：	黄可龙
授予学位：	博士
授予学位单位：	中南大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文