稀土與金屬離子復(fù)合摻雜非晶Ni(OH)-,2-的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、論文全面綜述了氫氧化鎳電極材料的研究現(xiàn)狀。基于非晶態(tài)材料的諸多優(yōu)異性能及稀土元素物質(zhì)獨(dú)特的電子組態(tài)和功能金屬離子的強(qiáng)電化學(xué)活性等作用，本文從非品態(tài)材料的角度出發(fā)，通過快速冷凍共沉淀法成功制備出了摻雜Y(Ⅲ)、La(Ⅲ)以及復(fù)合摻雜Y(Ⅲ)/A1(Ⅲ)、La(Ⅲ)/Sr(Ⅱ)非晶態(tài)氫氧化鎳樣品材料，并系統(tǒng)研究了其制備合成條件及行為規(guī)律，材料的微結(jié)構(gòu)特征與電化學(xué)性能，同時研究了樣品電極材料的電極過程動力學(xué)特征，探討了添加劑摻雜對非晶態(tài)氫氧化

2、鎳性能的影響及其電化學(xué)效應(yīng)作用。 文中通過實(shí)驗(yàn)從單因素考察了摻雜劑釔的含量、pH值、攪拌反應(yīng)時間和干燥溫度對制備的樣品材料充放電和循環(huán)伏安特性等性能的影響，確定出其優(yōu)化制備條件為：釔摻雜量為4％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，反應(yīng)pH值為10.6-11.0，攪拌反應(yīng)時間為2.0 h，干燥溫度為80℃。并與同樣條件下制備的β—Ni(OH)2進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)非晶態(tài)Ni(OH)2樣品材料具有結(jié)構(gòu)缺陷多，無序性強(qiáng)等特點(diǎn)，其放電比容量較高為330.04mAh

3、·g-1，放電平臺較平穩(wěn)，放電中值電壓為1.2678 V；在充放電循環(huán)30次后比容量衰減僅為4.11％，循環(huán)可逆性較好，充放電循環(huán)穩(wěn)定，電荷轉(zhuǎn)移電阻較小。 采用優(yōu)化工藝條件下制備不同復(fù)合摻雜比例量的Y(Ⅲ)/Al(Ⅲ)樣品，并對其進(jìn)行微結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能測試，結(jié)果表明：摻雜之后的氫氧化鎳仍為非品態(tài)；通過復(fù)合摻雜Y(Ⅲ)/Al(Ⅲ)樣品與僅摻Y(jié)(Ⅲ)的對比，復(fù)合摻雜4％Y(Ⅲ)16％Al(Ⅲ)樣品的微結(jié)構(gòu)缺陷比單獨(dú)摻雜Y(Ⅲ)的樣品

4、增多，無序性交強(qiáng)。將樣品組裝成MH—Ni模擬電池，在0.2C充電6h，0.2C放電至1.0V的充放電制度下，復(fù)合摻雜4％Y(Ⅲ)16％Al(Ⅲ)樣品電極的放電比容量和放電中值電壓分別為351.83 mAh·g-1和1.3364 V，且經(jīng)4次充放電活化就能獲得晟大值的放電比容量，在充放電循環(huán)30次后比容量衰減僅為2.21％；樣品電極的電荷轉(zhuǎn)移電阻小，質(zhì)子擴(kuò)散系數(shù)大為1.32×10-9 cm2·s-1，電極反應(yīng)可逆性高，并且充放電循環(huán)30次

5、后仍具有穩(wěn)定的非晶態(tài)微結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)適量的釔和鋁復(fù)合摻雜能夠提高電極的析氧電位和放電電位，而且由于形成帶較多正電荷離子的微結(jié)構(gòu)缺陷和擴(kuò)大質(zhì)子在充放電過程中的進(jìn)出自由度，對增強(qiáng)樣品電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和導(dǎo)電性起到明顯的作用。 將復(fù)合摻雜La(Ⅲ)/Sr(Ⅱ)與單摻La(Ⅲ)和未摻雜樣品進(jìn)行對比，摻雜前后的樣品材料仍為非晶態(tài)；同樣發(fā)現(xiàn)復(fù)合摻雜4％La(Ⅲ)6％Sr(Ⅱ)樣品材料有較多的結(jié)構(gòu)缺陷和較強(qiáng)的無序性；熱分解溫度為312.7℃，較復(fù)合