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表面包覆处理对稀土系AB3型贮氢合金电化学性能的影响

2020-11-21阅读(767)

表面包覆处理对稀土系AB3型贮氢合金电化学性能的影响

论文摘要

稀土系AB3型贮氢合金由于具有较高的放电容量、较为适中的吸放氢平台压力以及活化较快,已成为新型高容量稀土系贮氢电极合金的一个重要研究方向,但AB3型贮氢合金氢化物电极的循环稳定性较差,本论文首次通过合金表面包覆Ni-P和Ni-Co-P来研究其对AB3型贮氢合金电极的电化学性能的影响。 通过化学镀Ni-P对贮氢合金粉末进行包覆处理。对化学镀实验条件进行正交设计,得出最佳工艺条件。对表面包覆Ni-P处理的合金粉末进行了表面SEM观察,研究表明,包覆镍颗粒均为球形,随着包覆厚度的增加,包覆镍颗粒呈密实堆积状态,合金粉末刨面光镜照片显示合金粉末包覆的镍层厚度较为均匀,呈连续包覆状态。电化学测试结果表明表面包覆镍处理的La0.67Mg0.33Ni2.5Co0.5贮氢合金电极放电容量有所降低,而循环稳定性有所提高,经100个电化学充放电循环后电极容量保持率增大11%。线性极化扫描和电化学阻抗谱等分析结果表明,包覆后合金电极的极限电流密度（I1）、交换电流密度（I0）以及电化学阻抗均有较好的改善,包覆后电荷转移和氢的扩散能力得到提高。经25次电化学循环后的电极合金粉末光镜观察和分析表明,包覆Ni-P处理并没有有效抑制其粉化,分析原因认为这与该类型贮氢合金电化学吸氢时氢化物膨胀较大有关,其循环稳定性的改善主要通过抗氧化得到的。 另外,通过化学镀Ni-Co-P对贮氢合金粉末进行包覆处理研究了包覆层对合金电化学性能的影响。SEM形貌观察显示包覆层较为密实,电化学测试结果表明包覆Ni-Co-P处理的贮氢合金电极电化学循环稳定性有较大的提高,经100次电化学循环后贮氢合金电极容量保持率与未进行化学镀的电极相比增大15%,50次循环后进行400倍光镜观察发现合金粉末包覆效果较好,抑制了循环过程中合金的粉化,50次循环后的XRD图谱显示化学镀抑制了电极表面的氧化,未见La（OH）3的生成。线性极化扫描和电化学阻抗谱等分析结果表明,包覆后合金电极的动力学性能有了一定的改善。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 目录
  • 第一章 绪论
  • 1.1 Ni／MH电池的发展概况
  • 1.2 贮氢合金基本性质及理论基础
  • 1.2.1 贮氢合金的基本性质
  • 1.2.2 贮氢合金的吸氢反应机理
  • 1.2.3 贮氢过程热力学
  • 1.2.4 贮氢合金的吸氢动力学
  • 1.3 Ni／MH电池的工作原理
  • 1.4 MH电极的反应机理
  • 1.5 贮氢合金的研究现状
  • 1.5.1 镁系合金
  • 5型稀土镍系贮氢合金'>1.5.2 AB5型稀土镍系贮氢合金
  • 2型Laves相贮氢合金'>1.5.3 AB2型Laves相贮氢合金
  • 1.5.4 AB型钛系贮氢合金
  • 1.5.5 V基固溶体型贮氢合金
  • 参考文献
  • 第二章 文献综述
  • 3型贮氢合金的贮氢性能和结构研究'>2.1 AB3型贮氢合金的贮氢性能和结构研究
  • 2.2 La-Mg-Ni-Co系合金的电化学研究
  • 2.3 贮氢合金的表面处理
  • 2.3.1 表面处理概述
  • 2.3.2 贮氢合金表面包覆处理
  • 2.4 问题的提出及本文的研究内容
  • 参考文献
  • 第三章 化学镀原理
  • 3.1 化学镀Ni-P、Ni-Co-P合金的反应机理
  • 3.1.1 原子氢析出机理
  • 3.1.2 电子还原机理
  • 3.2 化学镀Ni-P、Ni-Co-P合金的热力学分析
  • 参考文献
  • 第四章 实验方法
  • 4.1 合金的制备
  • 4.2 贮氢合金的相结构分析
  • 4.3 化学镀Ni-P、Ni-Co-P贮氢合金的制备
  • 4.4 合金粉末的光学显微镜观察
  • 4.5 扫描电镜（SEM）分析
  • 4.6 原子吸收光谱分析镀层含量
  • 4.7 电化学性能测试方法
  • 4.7.1 MH电极制备
  • 4.7.2 合金电极活化性能和最大放电容量测试
  • 4.7.3 合金电极循环稳定性测试
  • 4.7.4 高倍率放电性能
  • 4.7.5 合金电极反应动力学性能
  • 参考文献
  • 第五章 实验结果及讨论
  • 5.1 贮氢合金粉末表面包覆Ni-P研究
  • 3型贮氢合金粉末化学镀Ni-P合金工艺的正交实验'>5.1.1 AB3型贮氢合金粉末化学镀Ni-P合金工艺的正交实验
  • 5.1.2 包覆Ni-P处理贮氢合金粉末表面形貌观察
  • 5.1.3 表面包覆Ni-P处理贮氢合金电极的电化学性能
  • 5.1.4 表面包覆Ni-P对贮氢合金电极动力学性能的影响
  • 小节
  • 5.2 贮氢合金粉末表面包覆Ni-Co-P研究
  • 5.2.1 表面包覆Ni-Co-P合金粉末的形貌观察
  • 5.2.2 表面包覆Ni-Co-P合金粉末的物相分析
  • 5.2.3 表面包覆Ni-Co-P处理贮氢合金电极的电化学性能
  • 5.2.4 表面包覆Ni-Co-P对贮氢合金电极动力学性能的影响
  • 小节
  • 5.3 化学镀对贮氢合金电极性能影响的作用机理
  • 5.4 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录
  • 攻读硕士学位期间发表的论文

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