高倍率貯氫合金電極的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、本文提出采用低溫?zé)Y(jié)及在貯氫合金電極中添加Co3O4的兩種方法來(lái)改善AB5型貯氫合金電極的高倍率性能。采用XRD、SEM、EDX、BET和恒電流充放電,循環(huán)伏安以及電化學(xué)阻抗等電化學(xué)測(cè)試手段,研究了不同燒結(jié)溫度(300℃～700℃)以及時(shí)間(0.5 h～5 h)處理的貯氫合金電極的電化學(xué)性能和不同Co3O4添加量(2 wt.％～8wt.％)的貯氫合金電極的電化學(xué)性能,尤其是兩者的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)性能,初步探討燒結(jié)機(jī)理以及Co3O4的作用機(jī)理

2、,以求探索出能有效提高貯氫合金電極的高倍率性能的處理方法來(lái)滿足MH/Ni動(dòng)力電池發(fā)展需要。
　　 本文首先研究了燒結(jié)溫度(300℃～700℃)對(duì)于貯氫合金電極電化學(xué)性能的影響,研究表明,隨著燒結(jié)溫度的升高,燒結(jié)貯氫合金電極的最大放電容量以及放電平臺(tái)電壓逐漸降低,300℃燒結(jié)電極放電容量和中值電位最高；極化電阻Rp、電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct逐漸增大,交換電流密度I0逐漸減小,燒結(jié)溫度為300℃時(shí)候,Rp和Rct較末燒結(jié)合金電極分別降低3

3、4.7％和67.5％,I0提高53.0％；陽(yáng)極極化和電位階躍測(cè)試結(jié)果表明,燒結(jié)處理后,合金電極的氫擴(kuò)散系數(shù)D明顯增大,但隨燒結(jié)溫度升高呈先增大后減小趨勢(shì)。合金電極的大倍率放電性能的變化規(guī)律跟上述幾個(gè)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律基本一致,300℃燒結(jié)電極的大倍率性能最好,以1500 mA·g-1電流密度放電時(shí),其HRD值較未燒結(jié)電極提高20.92％。
　　 研究了300℃不同燒結(jié)時(shí)間(0.5 h～5 h)對(duì)于貯氫合金電極電化學(xué)性能的影響。

4、結(jié)果表明,燒結(jié)電極的活化性能以及放電容量隨燒結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)逐漸降低,放電平臺(tái)電壓先增大后略有減小,燒結(jié)1 h電極放電中值電位最高； Rp和Rct均逐漸增大,I0逐漸減??；陽(yáng)極極化測(cè)試表明,各燒結(jié)電極IL均要大于未燒結(jié)電極且隨燒結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)呈先增大后減小的趨勢(shì),電極的氫擴(kuò)散系數(shù)也符合這個(gè)規(guī)律。燒結(jié)電極的高倍率放電性能明顯優(yōu)于未燒結(jié)合金電極,隨燒結(jié)時(shí)間增加,HRD值呈先增大后減小趨勢(shì),燒結(jié)1 h電極性能最好,以1500mA·g-1電流密度放電時(shí),

5、其HRD值較未燒結(jié)電極提高20.92％。
　　 研究了不同Co3O4添加量的貯氫合金電極的電化學(xué)性能并初步探討其作用機(jī)理。結(jié)果表明,添加Co3O4的貯氫合金電極具有較好的活化性能和較高的放電容量,Co3O4添加量越高,電極活化性能越好,放電容量越高,循環(huán)穩(wěn)定性越好；添加Co3O4電極在放電末期1.15 V附近出現(xiàn)2次放電平臺(tái),隨Co3O4添加量增大,2次放電平臺(tái)愈加明顯,平臺(tái)電壓增高；添加Co3O4貯氫合金電極Rp和Rct減小,

6、I0增大,電極表面的電催化活性提高,氫擴(kuò)散速度加快,電極高倍率性能得到改善,Co3O4添加量越多,HRD值越大,以1500 mA·g-1電流密度放電時(shí),添加8wt.％電極HRD比空白電極提高11.1％。添加Co3O4的貯氫合金電極的循環(huán)伏安曲線在陽(yáng)極分支-0.7 V附近出現(xiàn)Co→Co(OH)2氧化峰,峰電流隨Co3O4添加量增大而增大。SEM和EDX測(cè)試表明,添加的Co3O4在電極表而分布較為均勻,通過(guò)電極反應(yīng)在貯氫合金表明形成了含Co