镁基储氢合金的表面处理和表面催化

表面处理作为储氢合金性能改善的有效手段，近年来得到了很好的发展和应用，本文简要介绍了镁基储氢合金表面处理的主要方法及其对合金性能的影响。     

新型镁基储氢合金的合成及电化学性能的研究

用扩散法成功地合成了Mg_1.5Al_0.5-xNiV_x(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)系列合金。XRD结构分析表明,合金中出现一个新的物相,其化学式为Mg₃AlNi₂,属立方晶系,Fd3m空间群,新相具有很好的电化学性能。钒的添加使合金的容量进一步提高。未经任何预处理的Mg_1.5Al_0.3V_0.2Ni合金的最大放电容量达到333mA·h·g^-1(50mA·g^-1,-0.5Vvs.Hg/HgO).Al对六方晶系Mg₂Ni合金结构中Mg的部分取代对于延长合金的循环寿命有重要作用。     

不同碱溶液表面处理对稀土镁镍基储氢合金的影响

采用相同浓度即6 mol·L^-1 LiOH、NaOH和KOH对稀土镁镍基储氢合金进行表面处理,研究了不同碱溶液和不同处理时间对合金表面形貌、组成和电极电化学性能的影响。研究表明,合金经6 mol·L^-1 NaOH溶液处理10 min后具有最好的综合电化学性能。但随着处理时间的延长,采用6 mol·L^-1 NaOH溶液处理的合金放电容量衰减明显,实验证明这是由合金表面稀土元素和Al元素的大量溶解进入碱溶液造成的。3种碱溶液比较,LiOH溶液能有效去除合金表面镁元素减少合金在碱溶液处理过程中的氧化,虽然形成的表面不利于H在合金表面的吸脱附,却能有效提高合金在碱溶液中的抗腐蚀能力,提高合金的循环稳定性。     

Ti和Zr的取代对MgNi型储氢合金电极电化学性能的影响

使用机械合金化法成功地合成了镁基储氢合金MgNi, Mg_0.9Ti_0.1Ni,和Mg_0.9Ti_0.06Zr_0.04Ni，并对其结构和电化学性能进行了研究。X射线衍射（XRD）表明，这一系列合金的主相为非晶态，透射电镜（TEM）表明，Ti和Zr取代的合金的颗粒直径约为2~4 μm。Ti和Zr的取代提高了合金电极的循环寿命。50周充放电循环后， Mg_0.9Ti_0.06Zr_0.04Ni合金电极的放电容量高于MgNi合金电极91.74%，高于Mg_0.9Ti_0.1Ni合金电极37.96%。电极容量衰减的主要原因是在合金电极表面形成Mg的腐蚀产物Mg(OH)₂。动电位扫描结果显示，Ti和Zr的添加提高了合金电极在碱液中的抗腐蚀性能。交流阻抗(EIS)测试表明，适量Ti和Zr的添加可以明显提高合金电极的电催化活性。     

钛和锆的添加对MgNi型合金电极电化学性能的影响

用机械球磨法（MA）成功合成了镁基储氢合金MgNi, Mg0.9Ti0.1Ni和Mg0.9Ti0.1Ni0.9Co0.1。研究了其结构和电化学性能。X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）结果表明合金为非晶结构，并有少量的Ni衍射峰存在。充放电测试结果表明这一系列合金具有很好的电化学活性。Ti和Co的替代使合金的循环稳定性好于MgNi合金。50周充放电循环后，Mg0.9Ti0.1Ni0.9Co0.1合金的放电容量明显好于MgNi合金，Mg0.9Ti0.1Ni0.9Co0.1的放电容量比MgNi合金高102.8%，比Mg0.9Ti0.1Ni合金高45.49%。在充放电循环过程中，合金电极容量衰减的主要原因是在合金电极表面Mg变成了Mg(OH)2。Tafel极化测试表明Ti和Co的添加可以提高合金电极在碱液中的抗腐蚀性能和提高合金电极的循环稳定性。EIS测试结果表明Ti和Co的替代可以明显提高MgNi型合金表面的电催化活性。     

席夫碱对La-Mg-Ni基储氢合金电化学性能的影响

为提高La-Mg-Ni基储氢合金La_0.73Ce_0.18Mg_0.09Ni_3.20Al_0.21Mn_0.10Co_0.60的电化学性能,由5-溴水杨酸和苯胺合成了一种席夫碱作为表面改性剂,对储氢合金进行表面处理。 从紫外与红外图谱可知,合成了目标席夫碱。 添加1%席夫碱后,合金的相结构没有改变。 与未添加席夫碱的合金电极相比,电极的最大放电容量略有下降,但50次充放电循环后合金电极的容量保持率有较大幅度提高,添加5%席夫碱的电极容量保持率从63%提高到75%,高倍率放电性能也有增加。 经表面处理后,合金电极的交换电流密度I₀与极限电流密度I_L均有大幅度提高,动电位极化曲线也表明合金电极的抗腐蚀能力变强。 以上结果均表明,添加少量席夫碱有助于改善储氢合金电极的电化学性能。     

Mg基非晶合金及La-Mg-Ni基复合物储氢电极的结构与电化学性能

Mg50Ni50非晶合金具有较高的初始放电容量（500mAh／g），有希望成为Ni-MH二次电池的负极合金材料。但较差的循环稳定性限制了它的进一步开发和应用。为此，本研究采用机械合金化方法，基于Mg侧进行元素替代，获得了四元Mg0.9-xTi0.1PdxNi（X=0．04-0．1）储氢合金。XRD和TEM分别从宏观和微观角度证实该系列合金仍为非晶态合金。本研究还发现，随着Pd含量的增加，腐蚀电流降低；合金的抗腐蚀能力提高。当Pd含量达到0．1的时候，Mg0.8Ti0．1Pd0．1Ni合金的耐蚀能力达到最大，其容量保持率也达到最高，经80次循环后放电容量仍然保持在200mAh／g以上。 AB3型La-Mg-Ni储氢合金与Mg基合金类似之处在于：具有较高的初始放电容量但循环容量保持率较低。为此，本研究将AB3型La0.7Mg0.3Ni3.5合金与具有较高循环稳定性的AB2型Ti0.17Zr0．08V0.35Cr0．1Ni0．3合金相复合，获得新型AB3-AB2复相合金。XRD研究表明复合物中La0．7Mg0．3Ni3．5和Ti0.17Zr0.08V0．35Cr0．1Ni0．3仍旧保持原有结构。扫描电镜（SEM）研究发现，复合物颗粒的平均尺寸在50μm左右。由于Ti0．17Zr0．08V0.35Cr0．1Ni0．3相的防护，复合物的耐腐蚀能力及100次循环容量保持率（62．3％）得以显著提高。     

钇替代镧对La-Mg-Ni系储氢合金晶体结构及其电化学性能的影响

通过少量Y对La的取代,研究了La0.75-xYxMg0.25Ni3.17Al0.13和La0.75-xYxMg0.25Ni3.37Al0.13(其中x=0.00,0.05,0.10)体系中Y对合金晶体结构及电化学性能的影响。通过X射线衍射实验、电化学性能测试,结果表明上述两体系主相为Ce2Ni7相、Pr5Co19相。少量的取代对活化性能、最大放电容量影响不大,但对循环稳定性、放氢平台压影响显著,而且在不同主相结构中,影响效果不一样。当x从0.00增大到0.10时:主相为Ce2Ni7相La0.75-xYxMg0.25Ni3.17Al0.13的S80%由222周下降到112周,放氢平台压则由0.015 MPa上升到0.045 MPa;而主相为Pr5Co19相La0.75-xYxMg0.25Ni3.37Al0.13的S80%由172周下降到127周,放氢平台压则由0.019 MPa上升到0.076 MPa。     

Mg基非晶合金及La-Mg-Ni基复合物储氢电极的结构与电化学性能

Mg50Ni50非晶合金具有较高的初始放电容量(500mAh/g),有希望成为Ni-MH二次电池的负极合金材料.但较差的循环稳定性限制了它的进一步开发和应用.为此,本研究采用机械合金化方法,基于Mg侧进行元素替代,获得了四元Mg0.9-xTi0.1PdxNi(x=0.04-0.1)储氢合金.XRD和TEM分别从宏观和微观角度证实该系列合金仍为非晶态合金.本研究还发现,随着Pd含量的增加,腐蚀电流降低;合金的抗腐蚀能力提高.当Pd含量达到0.1的时候,Mg0.8Ti0.1Pd0.1Ni合金的耐蚀能力达到最大,其容量保持率也达到最高,经80次循环后放电容量仍然保持在200mAh/g以上.AB3型La-Mg-Ni储氢合金与Mg基合金类似之处在于:具有较高的初始放电容量但循环容量保持率较低.为此,本研究将AB3型La0.7Mg0.3Ni3.5合金与具有较高循环稳定性的AB2型Ti0.17Zr0.08V0.35Cr0.1Ni0.3合金相复合,获得新型AB3-AB2复相合金.XRD研究表明复合物中La0.7Mg0.3Ni3.5和Ti0.17Zr0.08V0.35Cr0.1Ni0.3仍旧保持原有结构.扫描电镜(SEM)研究发现,复合物颗粒的平均尺寸在50 μm左右.由于Ti0.17Zr0.08V0.35Cr0.1Ni0.3相的防护,复合物的耐腐蚀能力及100次循环容量保持率(62.3%)得以显著提高.     

Mg0.9Ti0.1Ni1－xCox (x＝0.05, 0.1, 0.15, 0.2)合金的合成及电化学性能研究

采用机械合金化法合成了Mg_0.9Ti_0.1Ni_1－xCo_x (x＝0.05, 0.1, 0.15, 0.2)系列四元合金, 并对该系列合金的结构和电化学性能等方面进行了研究. 球磨100 h的该系列合金, XRD结果表明, X射线衍射峰均呈现宽化趋势, 基本呈非晶态. 充放电结果表明, 该系列合金具有较好的活化性能, 它们的循环稳定性明显好于MgNi合金, 其中Mg_0.9Ti_0.1Ni_0.8Co_0.2最大放电容量最高, 为427.5 mAh•g^－1. 在充放电循环过程中, Mg在合金表面形成了Mg(OH)₂是合金电极衰减的主要原因. 腐蚀曲线的测试结果表明, Co的添加可以提高合金电极在碱液中的抗腐蚀能力, 从而提高了电极的循环稳定性.     

容量稀土镁基贮氢合金的制备及性能研究

采用快淬法制备稀土镁基贮氢合金。研究了覆盖剂，以及镁含量、热处理工艺对合金电性能的影响。当镁含量为1．09wt％时，0．2C放电容量〉380mAh／g，以2C充放，循环寿命〉500次。经XRD分析，贮氢合金具有纳米晶结构，平均晶粒尺寸〈50nm。PCTN试结果表明，随着温度升高，合金的平台压力增加，平台区域变宽，且平坦。     

Mg_(2-x)La_xNi及Mg_(2-x)Ce_xNi合金的腐蚀性能研究

应用电化学方法研究了Mg2-xLaxNi及Mg2-xCexNi储氢合金的腐蚀性能.恒电位极化和交流阻抗测试表明,经Ce或La取代后的合金,其前者腐蚀电流及电化学极化电阻均随Ce取代量增加而降低,而后者的腐蚀电流却随La取代量的增加而增加,但极化电阻则呈先降后升趋势.合金极化后SEM测试显示,经Ce取代后合金表面较平整,而用La取代的则明显有裂纹.作者认为这主要与La、Ce的氧化物的结构有关.     

退火处理对快淬贮氢合金显微组织及电化学性能的影响

研究了退火处理对快淬贮氢合金电化学性能的影响。分析并讨论了退火处理的影响机制。快淬贮氢合金经退火处理后，P-C-T平台更为平坦，活化性能得到改善，最大放电容量和循环稳定性提高。通过XRD，SEM，DTA分析发现，退火处理后合金单胞体积有所增大，内应力降低，合金成分趋于均匀，从而使合金的电化学性能得到改善。加热过程中，合金在温度高于696℃发生再结晶。     

AB5型贮氢合金电极的性能

在金属氢化物一镍电池（MH／Ni）负极材料中，ABS型贮氢合金是非常具有吸引力的一种，以AB。型贮氢合金作为负极材料的MH／Ni电池目前已大批量进入市场．其中A代表混合稀土RE（主要成分为La，Ce，Pr，Nd）；B代表Ni和Co，Mll，AI等取代元素．B侧取代元素已被广泛研究D，习，A侧混合稀土的成分也已引起人们的广泛重视＊‘，’］，＊血1c等【阿针对儿一N13。5C00．75Mll。。A10．3，详细研究了L31。CI。BS系列合金，得出在。＝0．2处合金具有较好的综合性能．本文针对B侧Ni。。。Coo，。Mno、。Alo二。（记为民）成分，在研…     

非晶Mg-Fe复合物的机械球磨制备及其电化学储氢特性

研究了机械球磨制备的(2Mg+Fe)+x%Ni(x=0, 50, 100, 200)复合物的微结构和电化学储氢性能. 结果表明, 不加镍粉时, 镁粉与铁粉混合物经120 h球磨后仍然为纯镁与纯铁两相组织, 其电化学放电容量不到20 mA·h/g. 而加入镍粉和提高球磨强度有助于Mg-Fe非晶的形成, 并使颗粒尺寸减小, 添加镍粉越多, Mg-Fe非晶化程度越高, 放电容量越大, 而组合钢球混合球磨的粉末比等径钢球球磨的非晶化程度更高, 颗粒也更加细小均匀. 在x=100时, 不同尺寸和等径钢球球磨120 h合成的Mg₂Fe非晶复合物的最大放电容量分别达到542.0和455.3 mA·h/g.     

Effects of Ti and Co on the Electrochemical Characteristics of MgNi-Based Alloy Electrodes

Mg-based hydrogen storage alloys MgNi, Mg0.9Ti0.1Ni and Mg0.9Ti0.1Ni0.9Co0.1 were successfully prepared by means of mechanical alloying （MA）. The structure and the electrochemical characteristics of these Mg-based materials were also studied. The results of X-ray diffraction （XRD） and scanning electron microscopy （SEM） show that the main phases of the alloys exhibit amorphous structures, and trace of Ni co-exists. The charge-discharge cycle tests indicate these alloys have good electrochemical active characteristics. And the cycle stability of Ti and Co doped alloy was better than that of MgNi alloy. After 50 cycle charge-discharge, the discharge capacity of the Mg0.9Ti0.1Ni0.9Co0.1 alloy was much better than that of MgNi and Mg0.9Ti0.1Ni alloys. The discharge capacity of Mg0.9Ti0.1Ni0.9Co0.1 was 102.8% higher than that of MgNi alloy, and 45.49% higher than that of the Mg0.9Ti0.1Ni alloy. During the process of charge-discharge cycle test, the main reason for the electrode capacity fading is the corrosion of Mg to Mg（OH）2 on the surface of alloys. The Tafel polarization test indicates Ti and Co improve the anticorrosion in an alkaline solution. The EIS results suggest that proper amount of Ti and Co doping improve the electrochemical catalytical activity on the Mg-based alloy surface significantly.     

退火对富铈Mm(NiCoMnAl)5储氢合金电化学性能的影响

研究了热处理对富铈Mm(NiCoMnAl)5合金晶体结构和电化学性能的影响,实验发现热处理使合金的X射线衍射峰变尖变窄,表明热处理使合金的成分变得均匀,晶格畸变和缺陷减少;但同时,合金的过电势和充放电电势滞后明显增加,特别是在高电流密度150mA·g-1充放电,合金的充放电电极势之间产生了很大的滞后。扫描电镜结果显示,退火合金比铸态合金的晶粒更大更完整;电化学测试结果表明,热处理后合金电化学容量和循环寿命均降低。