稀土鎂基合金復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、鎂基合金具有高的儲(chǔ)氫容量,是新型Ni/MH電池的潛在的負(fù)極材料之一。富鎂相Mg-稀土合金的晶格是由LaNi5合金的晶格衍生而來,由于LaNi5合金優(yōu)良的儲(chǔ)氫性能,研究者對(duì)富鎂稀土鎂合金的儲(chǔ)氫性能寄予很大希望。 在本文中,我們通過熔鹽覆蓋熔煉法制備了富鎂相Nd-Mg合金(包括Nd5Mg41和NdMg12),并研究了合金的電化學(xué)儲(chǔ)氫性能。結(jié)果顯示,球磨制備的非晶結(jié)構(gòu)的Nd5Mg41-200wt％Ni和NdMg12-200wt％Ni復(fù)

2、合材料的電化學(xué)儲(chǔ)氫放電容量分別達(dá)到953mAh/g和1173mAh/g(vs.Nd-Mg alloy)。作為氫不穩(wěn)定元素,在非晶復(fù)合材料體相中存在的大量的Ni可以降低金屬氫化物的穩(wěn)定性,提高了合金的電化學(xué)可逆的儲(chǔ)氫性能。 為了進(jìn)一步提高富鎂Mg-Nd合金的電化學(xué)儲(chǔ)氫性能,以球磨制備的NdMg12-200wt％Ni復(fù)合材料為基礎(chǔ),我們利用CNTs和BN化合物對(duì)其進(jìn)行了表面修飾,發(fā)現(xiàn)經(jīng)球磨后,CNTs或BN化合物的納米級(jí)碎片都分散在

3、復(fù)合材料表面。而且,實(shí)驗(yàn)證明,經(jīng)表面修飾后的樣品的電化學(xué)儲(chǔ)氫容量得到了提高。NdMg12-Ni-5wt％CNTs和NdMg12-Ni-3wt％BN復(fù)合材料的首次電化學(xué)放電容量達(dá)到416.6mAh/g and 442.9mAh/g,均高于原始的NdMg12-Ni復(fù)合材料。在球磨過程中帶來的大量的晶界和晶體缺陷,能夠提供更多的表面活性點(diǎn)和提高體相合金氫原子擴(kuò)散能力。但是,CNTs或BN化合物表面修飾并不能有效的提高復(fù)合材料的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性

4、。 近年來有報(bào)道稱,Co-非金屬化合物,包括Co-B,Co-P和Co-Si化合物,在堿液中展示了良好的電化學(xué)儲(chǔ)氫性能。在本實(shí)驗(yàn)中,通過直接球磨Co和BN化合物,制備了Co-BN復(fù)合材料(Co/BN=5/1),在堿液中表現(xiàn)出335mAh/g的電化學(xué)容量,超過一般的AB5系儲(chǔ)氫合金。然而,通過,XRD,TEM,XPS和CV測(cè)試都表明,Co-BN復(fù)合材料在堿液中的電化學(xué)反應(yīng)不是由于氫原子的氧化還原,應(yīng)該是納米尺度的金屬態(tài)Co和Co(I

5、I)的相互轉(zhuǎn)化。作為對(duì)照,球磨制備的Fe/BN復(fù)合材料的電化學(xué)容量為250mAh/g,而Ni/BN復(fù)合材料在相當(dāng)寬的氫生成電位下保持惰性。 在實(shí)驗(yàn)中,RE-Mg合金表現(xiàn)了良好的緩沖納米級(jí)Si在電化學(xué)脫嵌Li的循環(huán)中的強(qiáng)烈的團(tuán)聚傾向和體積變化的能力,可以在很大程度上改善Si基電極的電化學(xué)循環(huán)性能。直接球磨CeMg12和Si制備的CeMg12-Si復(fù)合材料電極,展現(xiàn)了良好的可逆容量和循環(huán)性能。在30周循環(huán)中,含30wt％Si和40w