高性能贮氢合金电极的成分设计

MH Ni电池的关键技术是负极材料———贮氢合金 ,而贮氢合金的性能主要取决于它的成分。从MH电极失效分析和MH Ni电池对负极材料的性能要求出发 ,详细讨论了AB5 型贮氢合金的各项性能与各种合金元素之间的关系 ,这些性能包括贮氢合金的吸氢量、平衡氢压、吸放氢滞后性、单胞体积和轴比c/a的大小、显微硬度、耐蚀性、高倍率放电性能及合金电极的温度特性等。同时对非化学计量比贮氢合金和低Co、无Co贮氢合金也进行了讨论。指出了合金成分设计应考虑的各个方面。     

贮氢合金的进展

文章描述了贮氢合金的基本性质,金属氢化物的结构,以及贮氢合金吸释氢的热力学和动力学问题,指出了贮氢合金作为功能材料的应用价值和前景.     

混合稀土贮氢合金 Mm_x(Ni3.55Co0.75Mn0.4Al0.3)化学配比x对电化学性能的影响

研究了成分为Ｍｍｘ（Ｎｉ３．５５Ｃｏ０．７５Ｍｎ０．４Ａｌ０．３）的贮氢合金（０．８０≤ｘ≤１．２５,Ｍｍ为混合稀土金属元素Ｌａ,Ｎｄ,Ｐｒ）化学配比ｘ对其电化学性能的影响。在ｘ＝０．８０～０．９５范围内和电流密度为０．２Ａ／ｇ－１下,放电比容量随合金晶胞体积的增大而增加。在相对贫稀土的混合稀土合金中,由于形成了相对不稳定的氢化物相,因而具有较大的电催化活性以及较高的放电比容量,如ｘ＝０．８０,０．９０和０．９５的贮氢合金。采用适当化学配比ｘ的混合稀土贮氢合金,电化学性能可以得到很大改善,同时价格也较便宜,具有实用前景。     

膨胀石墨/LiBH_4复合储氢材料脱氢性能研究

研究了多孔膨胀石墨(EG)负载Li BH_4复合储氢材料(EG/Li BH_4)的脱氢性能。使用溶液浸渍的方法,成功制备了EG/Li BH_4复合储氢材料。使用物理吸附仪、X射线衍射(XRD)、热重(TG)、压力-组份-等温测试仪(PCT)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)及扫描电子显微镜(SEM)对其进行表征,分析了其脱氢温度和脱氢动力学性能改善的原因。结果表明,膨胀石墨负载的Li BH_4的脱氢温度和放氢动力学性能均得到有效的改善。其脱氢温度较球磨后的纯Li BH_4降低了100℃。Li BH_4在膨胀石墨中的负载量为46.9%(质量分数)时,360℃、真空条件下1 h内就能释放8.4%(质量分数)的H_2。     

化学镀Ni对Mg2Ni贮氢合金性能的影响

研究了化学镀Ni处理对Mg2Ni贮氢合金电化学性能的影响,结果发现:化学镀Ni处理可显著提高Mg2Ni合金的放电容量,但不能有效提高合金的循环寿命;放电电流对经化学镀Ni处理的Mg2Ni合金的循环寿命影响较大.XRD和SEM分析表明:经化学镀Ni处理的Mg2Ni合金表面覆盖有一层致密的金属Ni细小颗粒;循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)分析表明:化学镀Ni处理降低了合金表面的电子转移阻抗和氢原子扩散阻抗,提高了合金表面的电化学反应活性.     

纳米复合储氢材料的研究

采用球磨复合加高温烧结处理(BMS)及机械复合加高温烧结处理(MMS)两种方法制备了纳米复合材料Zr0.9Ti0.1(Ni0.55V0.12Mn0.28Co0.05)2.0-x%Mg(x=10,20).XRD、TEM-SAED分析结果表明,BMS和MMS的复合储氢材料均是由MgCu2型立方结构的C15-Laves相AB2和密排六方结构的纯Mg构成,未发现两相之间的合金化效应.复合材料中的AB2和Mg都属于纳米晶体.电化学性能测试结果表明,复合材料MMS电极的最大放电容量为410mAh/g(x=10),而BMS的最大放电容量为360mAh/g(x=20).在高倍率下(≥10C),BMS电极的容量衰减率明显小于MMS电极.BMS(AB2-10%Mg)电极的高倍率放电性能最好.电化学动力学特性是当高倍率(≥10C)放电时,电极反应控制步骤以电荷传输控制为主;但BMS(AB2-10%Mg)电极的反应特性却是电荷传输控制和氢扩散控制的联合协同作用,表现有高倍率放电容量.因此,新型纳米复合储氢材料既适用于高能量型MH/Ni动力电池更适合高功率型MH/Ni动力电池.     

La0.7Mg0.3Ni2.5+xCo0.5贮氢合金的性能研究

用熔炼法制备了La0.7Mg0.3Ni2.5 xCo0.5(x=0,0.1,0.2,0.3)贮氢合金.采用X射线衍射和三电极测试体系研究了合金的相结构、贮氢性能和电化学性能.结果表明:该系列合金均由(La,Mg)Ni3相、LaNi5相及少量杂质相组成;合金的贮氢容量随x值的增大而增加,当x=0.3时,贮氢容量达到1.42%,合金的最大放电容量可达377.5 mAh/g.该系列合金的活化性能较好(活化次数均为1次).随着x值的增加,合金的平台性能和稳定性能减弱.     

纳米储氢电极材料发展现状

论述了纳米镁镍合金、碳纳米管和纳米铁钛合金在电池工业中的应用和开发。认为这 3种材料是目前开发的重要材料     

MLNi_(4-x)MnAl_x贮氢电极的交流阻抗研究

MH电极的交流抗阴搞图谱由两个半圆组成,低频区大半圆对应于氢的吸收过程,高频区小半圆对应于电化学反应过程.对于MLNi_(4-x)MnAl_x电极,随着Al含量的增加,阻抗图谱低频半圆明显增大,而高频半圆几乎不变;此外、电极的循环次数、充放电状态等对阻抗图谱均有较大影响.     

球磨AB5/Ni复合贮氢合金的电化学性能

研究了AB5型稀土贮氢材料Mm(NiMnCoAl)5与10%的Ni混合球磨(150 r/min)1 h后的复舍贮氢合金的晶体结构和电化学性能.结果表明:复合贮氢合金由CaCu5型LaNi5相和单质Ni相组成,活化性能得到改善,高倍率放电性能有所提高;0.2 C、3 C放电比容量分别从稀土贮氢材料的272.8 mAk/g,247.2 mAh/g增加到289.8 mAh/g、273.6 mAh/g,容量保持率从稀土贮氢材料的90.6%提高到94.4%.     

铸态及快淬态La2 Mg(Ni0.85Co0.15)9B0.1贮氢合金

铸态及快淬态La2Mg(Ni0.85Co0.15)9B0.1贮氢合金主要由(La,Mg)Ni3相(PuNi3型结构)、LaNi5相及少量LaNi2相组成,铸态合金还含有微量的Ni2B相.用高于15 m/s的淬速快淬后,Ni2B相几乎消失,各相的含量与快淬淬速有关.与铸态合金相比,快淬态合金放电平台电压降低,但随着淬速提高,放电容量、放电平台电压都存在一个最大值;快淬使合金的循环寿命有不同程度的提高.铸态和快淬态合金均具有良好的活化性能.     

AB5型贮氢合金研究进展

分别从AB5型贮氢合金的种类、结构和吸放氢原理,叙述了AB5型贮氢合金的特点和性能;综述AB5型贮氢合金取代元素研究的进展;从冷却速度、退火处理、合金粉碎工艺、机构合金化法等方面分析了影响合金粉性能的各方面因素;详细讨论了表面包覆、表面还原处理和氟化处理、热碱处理、酸性处理等改善合金粉性能的各种方法;并就在合金粉或电极中添加导电剂、表面活性剂或其它添加剂对提高电极性能的作用加以详细的论述。经过改进,AB5型合金贮氢量从250mAh/g提高到325mAh/g,电池容量从1．0Ah提高到1．5Ah。     

化学镀镍对低钴贮氢合金放电性能的影响

研究了化学镀镍对两种低钴贮氢合金粉末颗粒形态和放电性能的影响。结果表明:化学镀镍能提高低钴贮氢合金的循环稳定性、放电电位以及合金的高倍率放电性能,活化性能也有所改善。化学镀镍后,1C倍率放电容量达到0.4C放电容量的98.42%,表明化学镀镍是提高低钴贮氢合金高倍率放电的重要途径。化学镀镍后,一种合金的放电容量提高了27.0 mAh/g,另一种合金的放电容量降低6.5 mAh/g。SEM分析表明:合金在化学镀镍过程中发生吸氢反应,导致某些合金粉末开裂与粉化,以及有效合金量减少。有效合金量的减少是合金粉末放电容量降低的一个重要原因。     

聚苯胺包覆Mg_(1.8)Nd_(0.2)Ni贮氢合金电化学性能的影响

利用高分子导电聚合物的聚合反应对镁系贮氢合金Mg1.8Nd0.2Ni进行表面处理,采用SEM对合金颗粒表面的微观结构进行观察,合金表面形成了一层聚苯胺导电高分子包覆层。研究了不同表面处理时间和处理方式对合金电化学性能的影响,实验表明表面处理能提高材料的抗氧化、抗腐蚀性能,改善电极电化学反应性能延长电极的使用寿命。表面处理提高了合金的活化性能与循环稳定性,容量保持率从77.82%提高到86.31%。EIS图表明包覆层增加了电极表面电荷转移阻抗。Tafel极化曲线中腐蚀电位明显右移,抗腐蚀性能提高,导电高分子层的网状结构加速了氢原子的传导并且阻止了合金表面氧的渗透。另外通过动电位极化曲线发现,表面处理工艺使合金的内部缺陷得到了优化,氢在体相内的扩散速率明显增加。     

表面电镀镍pH值对La-Mg-Ni系贮氢电极的影响

研究了电镀pH值对表面镀镍的La-Mg-Ni系贮氢电极的影响.电镀后,电极表面被电镀的镍层覆盖.随着pH值的升高,电极的耐蚀性能和循环性能先减弱,后增强,比容量先降低,后提高;极化电阻减小,交换电流增加.当pH=4时,电极1C循环40次后的放电比容量为270 mAh/g,容量衰减率为11%.当pH=5时,极化电阻最小、交换电流最大,电极表面的电催化活性最好,合金中的氢扩散系数为9.69×10-10 cm2/s,电极的动力学性能最好.     

贮氨合金的表面处理及其对电极性能的影响

贮氢合金的表面成分和形态对金属氢化物电极的电化学性能具有重大影响.文中综述了贮氢合金几种表面处理方法及其对氢化物电极的电化学容量、电催化活性、循环稳定性、快速放电能力、活化性能和自放电性能的影响.     

低钴无钴贮氢合金研究的进展

综述了低钴、无钴贮氢合金的研究进展,总结评价了开发低钴、无钴贮氢合金的理论指导-循环稳定性理论和开发低钴无钴贮氢合金的一系列方法,其中包括成分的探索方法和特种工艺的运用及在低钴无钴贮氢合金的研究方面取得的成果。     

Mg2Ni+Ni型贮氢合金相形成及电化学性能

采用压制烧结和随后机械合金化的方法制备了Mg2Ni Ni型电极合金。研究了Al、Mn替代Mg后对Mg2Ni Ni型合金相形成及电化学性能的影响。XRD测试显示:各合金在610～620℃经过5h烧结后的相结构大部分为Mg2Ni相,与Ni粉混合球磨72h后全部转变为均匀的非晶相。电化学性能测试结果表明:Al、Mn替代后再与Ni粉球磨后的合金,其放电容量、高倍率性能较Mg2Ni Ni合金均有显著提高,其中Mg1.8Al0.15Mn0.05Ni Ni合金的综合性能最佳。     

La0.8Mg0.2(Ni27Co0.6Al0.1Mn0.1)x贮氢合金的节能分析

以La0.8Mg0.2(Ni27Co0.6Al0.1Mn0.1)x(X=0.9、0.95、1.00、1.05、1.10)贮氢合金为研究对象.采用电化学测试技术,揭示合金的成分与电化学性能的关系.在所研究的合金中,以X=1.00时合金的综合性能较好,其最大放电容量为357mAh/g,活化次数为2次,在1200mA/g放电...     

燃料电池用贮氢合金的研究

研究了不同的Ti/Zr比以及Mn/Cr比对Ti-Mn基Laves相贮氢合金贮氢性能的影响，介绍了具体的实验方法；实验结果表明：开发出的合金Ti0.86Zr0.14Mn1.1Cr0.5V0.32Fe0.08其综合性能可满足小型燃料电池的应用要求，这种合金在小型燃料电池中有广阔的应用市场。