镁基储氢合金的制备及其电化学性能研究

论文摘要

探索了由机械合金化方法制备非晶态MgNi储氢合金的制备工艺。采用机械合金化方法制备了非晶态MgNi+xwt.%B（x=0,2,5,10）和Mg1-xScxNi（x=0,0.01）系列合金,运用XRD、XPS、SEM、DSC和电化学性能测试等方法研究了B添加和微量Sc取代Mg对MgNi储氢合金结构与电化学性能的影响规律。研究结果表明:对MgNi+x%B系合金,添加B促进了非晶态合金的形成,提高了合金表面Ni与Mg的原子个数比,但并没有降低合金表面的氧化程度。添加B提高了非晶态合金的热稳定性,MgNi+5%B合金的晶化转变温度较MgNi合金提高了11.02℃。合金电极的放电容量随B含量的增加先升高后降低,MgNi+5%B合金电极的放电容量较MgNi合金电极提高了21.8%。合金电极的循环稳定性随B含量的增加而增加,MgNi+10%B合金电极的容量保持率S10较MgNi合金电极提高了67.8%。添加B改善了合金电极的动力学性能,MgNi+5%B合金电极的高倍率放电能力HRD400、交换电流密度I0和极限电流密度IL分别较MgNi合金电极提高了35.0%、351.5%和20.2%。添加B微弱降低了电极合金氢化物的热稳定性。对Mg1-xScxNi系合金,微量Sc取代Mg降低了合金表面的氧化程度,提高了合金表面Ni与Mg的原子个数比。微量Sc取代Mg改善了合金电极的电化学性能,Mg0.99Sc0.01Ni合金电极的放电容量、容量保持率S10、高倍率放电能力HRD200、交换电流密度I0和极限电流密度IL分别较MgNi合金电极提高了8.0%、14.7%、30.4%、202.7%和77.8%。微量Sc取代Mg显著降低了电极合金氢化物的热稳定性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 Ni/MH 电池工作原理
• 1.2 储氢合金的基本理论
• 1.2.1 储氢合金的吸放氢原理
• 1.2.2 氢在储氢合金中的位置
• 1.3 镁基储氢合金的研究进展
• 1.3.1 改善镁基储氢合金热力学和动力学性能的研究
• 1.3.1.1 镁或氢化镁与金属的复合
• 1.3.1.2 镁或氢化镁与非金属的复合
• 1.3.1.3 镁或氢化镁与氧化物的复合
• 1.3.1.4 镁或氢化镁与其它类型储氢合金的复合
• 1.3.2 改善镁基储氢合金电化学性能的研究
• 1.3.2.1 提高放电容量的研究
• 1.3.2.2 提高循环寿命的研究
• 1.3.3 改善镁基储氢合金性能的方法
• 1.3.3.1 元素取代法
• 1.3.3.2 机械球磨法
• 1.3.3.3 制备镁基复合材料
• 1.4 镁基储氢合金的表面处理技术
• 1.4.1 球磨表面包覆和合金化
• 1.4.2 表面化学镀
• 1.4.3 表面氟化处理
• 1.5 研究思路及主要研究内容
• 第二章 实验方法
• 2.1 实验原料和试验设备
• 2.2 合金成分设计及样品制备
• 2.3 仪器分析
• 2.4 合金的电化学性能测试
• 2.4.1 合金电极的制备
• 2.4.2 电化学测试装置
• 2.4.3 电化学性能测试方法
• 第三章 非晶态 MgNi 合金制备工艺探索
• 3.1 机械合金化制备技术
• 3.1.1 机械合金化物料粉碎机制
• 3.1.2 机械合金化工艺参数的选择
• 3.2 非晶态MgNi 合金制备工艺探索
• 3.2.1 未加工艺控制剂的球磨工艺
• 3.2.2 加入工艺控制剂的球磨工艺
• 3.2.3 非晶态MgNi 合金形成机理
• 3.3 本章小结
• 第四章 B 添加对非晶态MgNi 储氢合金结构与性能的影响
• 4.1 B 添加对MgNi 合金结构的影响
• 4.1.1 MgNi+x%B 合金的相结构
• 4.1.2 MgNi+x%B 合金的表面结构特征
• 4.1.3 MgNi+x%B 合金的表面形貌
• 4.2 B 添加对非晶态MgNi 合金热稳定性的影响
• 4.3 B 添加对MgNi 合金放电容量和循环寿命的影响
• 4.3.1 MgNi+x%B 合金电极的最大放电容量
• 4.3.2 MgNi+x%B 合金电极的循环稳定性
• 4.4 B 添加对MgNi 合金电极的动力学性能的影响
• 4.4.1 MgNi+x%B 合金的高倍率放电能力
• 4.4.2 MgNi+x%B 合金的交换电流密度
• 4.4.3 MgNi+x%B 合金的极限电流密度
• 4.5 B 添加对MgNi 合金电极的热力学性能的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 微量Sc 对非晶态MgNi 储氢合金结构与性能的影响
• 5.1 微量Sc 对MgNi 合金结构的影响
• 1-xScxNi 合金的相结构'>5.1.1 Mg_1-xScxNi 合金的相结构
• 1-xScxNi 合金的表面结构特征'>5.1.2 Mg_1-xScxNi 合金的表面结构特征
• 5.2 微量Sc 对MgNi 合金电极的放电容量和循环寿命的影响
• 1-xScxNi 合金电极的放电容量'>5.2.1 Mg_1-xScxNi 合金电极的放电容量
• 1-xScxNi 合金电极的循环寿命'>5.2.2 Mg_1-xScxNi 合金电极的循环寿命
• 5.3 微量Sc 对MgNi 合金电极动力学性能的影响
• 1-xScxNi 合金电极的高倍率放电能力'>5.3.1 Mg_1-xScxNi 合金电极的高倍率放电能力
• 1-xScxNi 合金电极的交换电流密度'>5.3.2 Mg_1-xScxNi 合金电极的交换电流密度
• 1-xScxNi 合金电极的极限电流密度'>5.3.3 Mg_1-xScxNi 合金电极的极限电流密度
• 5.4 微量 Sc 对 MgNi 合金电极热力学性能的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 非晶态MgNi 储氢合金制备工艺研究
• 6.2 MgNi+x%B 系列合金的研究
• 1-xScxNi 系列合金的研究'>6.3 Mg_1-xScxNi 系列合金的研究
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间的研究成果及发表的学术论文