機械合金化法制備TiFe基儲氫合金的研究.pdf

1、隨著人類社會的發(fā)展和進步，傳統(tǒng)能源煤、石油等化石能源日益枯竭，并由其使用帶來了嚴重的環(huán)境污染，21世紀人類正面臨著能源、資源和環(huán)境危機的嚴峻挑戰(zhàn)。氫能作為一種能量密度高、清潔的綠色新能源正日益受到人們的關(guān)注。在利用氫能的諸多領(lǐng)域中，儲氫合金作負極的鎳/金屬氫化物(Ni/MH)電池因具有無污染、能量密度高、充放電速度快、無記憶效應(yīng)、耐過充放電性能好等優(yōu)點發(fā)展最快。提高電池性能的關(guān)鍵在于制備性能優(yōu)異的Ni/MH電池負極材料，因此高容量、低成

2、本儲氫合金負極材料的開發(fā)和研究顯得尤為重要。 本文以具有理論容量高、材料設(shè)計簡單、價格便宜等優(yōu)點的TiFe基儲氫合金為研究對象。采用機械合金化法，以Ti、Fe、Mn、Zr粉為原料制備TiFe基儲氫合金。文中詳細研究了機械合金化法制備TiFe儲氫合金的制備工藝，分析了球磨過程中球磨介質(zhì)、球磨氣氛、轉(zhuǎn)速、球料比及球磨時間等因素對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和性能的影響。運用X射線衍射分析(XRD)、掃描電鏡分析(SEM)、能譜分析(EDS)、電化學(xué)測試

3、(ET)等檢測方法研究了TiFe合金相結(jié)構(gòu)、微觀形貌、粒度分布和電化學(xué)性能。文中考察了負極片制備工藝(基體、導(dǎo)電劑種類、制片壓力及TiFe儲氫粉與導(dǎo)電劑配比)對鎳氫電池電化學(xué)性能的影響；然后對TiFe合金進行元素替代，尋求放電容量高、充放電穩(wěn)定的TiFe基儲氫合金。研究結(jié)果如下： (1)采用機械合金化法制備TiFe合金負極材料，來改善其活化難、易中毒等特性。介紹了TiFe合金的最佳制備工藝。 (2)通過球磨時間對TiFe

4、合金電化性能的研究表明：球磨60h的TiFe合金粉作Ni/MH電池負極材料具有良好的電化學(xué)性能，其首次循環(huán)放電容量為70.98mAh/g，放電平臺為1.788V，穩(wěn)定性較好。說明球磨60h后TiFe合金體心立方晶體結(jié)構(gòu)完美，粒度分布最佳。 (3)通過對負極片制備工藝(基體、導(dǎo)電劑種類、制片壓力及TiFe儲氫粉與導(dǎo)電劑配比)對電池電化學(xué)性能影響的研究表明，負極片的最佳制備工藝為：泡沫鎳為基體、Ni粉為導(dǎo)電劑、制片壓力為25MPa、

5、TiFe儲氫粉與導(dǎo)電劑Ni粉的比例為1：5和3％PVDF粘結(jié)劑。 (4)選用Mn和Zr元素對TiFe合金中的Fe和Ti進行替代制備Ti-xZrxFe1-yMny四元儲氫合金。經(jīng)過XRD、SEM研究表明，球磨60h后Ti1-xZrxFe1-yMny四元合金仍只存在(110)晶面，且粒度分布均勻；電化學(xué)實驗表明，適量的Mn含量可以提高電池的放電平臺和穩(wěn)定性能，但要犧牲電池的部分放電容量；添加Zr元素可以明顯提高電池的循環(huán)放電容量，當

6、x=0.2，y=0.1所組成的Ti0.8Zr0.2Fe0.9Mn0.1四元合金的電化學(xué)性能最好，首次循環(huán)放電容量為83.65mAh/g，電壓為1.804V。 本文將TiFe基儲氫合金負極材料的首次循環(huán)放電容量提高到83.65mAh/g。相比其它制備方法，TiFe合金的活化性能得到改善，放電平臺的穩(wěn)定性和放電容量得到提高，可見TiFe基儲氫合金作為鎳氫電池負極材料是可行的?，F(xiàn)在完成的工作還僅僅是個開端，進一步提高TiFe基儲氫合金