新型Co-Si材料和Mg基儲(chǔ)氫合金的制備與電化學(xué)性能研究.pdf

1、Co－非金屬化合物，如Co-BN和CoB等在堿液中表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能，但該類型材料的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理尚不清楚；Mg基儲(chǔ)氫合金具有儲(chǔ)氫量高、資源豐富和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)是Ni－MH電池潛在的負(fù)極材料之一，但合金中Mg的腐蝕導(dǎo)致其電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性較差。針對(duì)以上問題和研究現(xiàn)狀，本論文研究了Co－非金屬化合物Co-Si和Mg基儲(chǔ)氫合金兩類材料。
　　 均勻混合法制備了Co－Si系列材料，考察了它們的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)，Co-Si材

2、料中的Co和Si保持著各自原有的晶體結(jié)構(gòu)和形貌：相對(duì)于Co和Si，Co-Si材料的電化學(xué)性能良好，且Co與Si質(zhì)量比為4：1時(shí)最佳，25 mA/g放電電流密度下，最大放電比容量為419.9 mAh/g，經(jīng)過50次充放電循環(huán)放電比容量保持在352.2 mAh/g，相應(yīng)的容量保持率S50為83.9％。熔煉法制備的Co-Si材料分別為Co2Si、CoSi和CoSi2合金相，合金的首次放電比容量較低，活化周期較長，但循環(huán)穩(wěn)定性較好，活化后Co2

3、Si、CoSi和CoSi2最大放電比容量分別為192.9 mAh/g、173.6 mAh/g和176.4 mAh/g，經(jīng)115次充放電循環(huán)容量保持率S115分別為87.9％、94.8％和92.1％。探討了Co2Si合金電極的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，初步推斷出合金電極的電化學(xué)反應(yīng)存在吸放氫和氧化還原兩個(gè)過程，活化前電極存在吸放氫反應(yīng)，隨著循環(huán)的進(jìn)行，合金中的Si慢慢溶解，合金的結(jié)構(gòu)逐漸被破壞，同時(shí)Co溶出并發(fā)生氧化還原反應(yīng)，完全活化后電極過程以C

4、o的氧化還原為主。
　　 采用機(jī)械球磨將機(jī)械合金化法制備的CoSi與MgNi合金進(jìn)行復(fù)合制備了MgNi-CoSi復(fù)合合金材料，研究并優(yōu)化了制備條件。結(jié)果表明，復(fù)合合金為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)；相對(duì)于MgNi合金，復(fù)合合金循環(huán)穩(wěn)定性得到提高，并且復(fù)合時(shí)間為10 h，MgNi與CoSi質(zhì)量比為100：10時(shí)達(dá)到最佳，經(jīng)過30周充放電循環(huán)容量保持率比MgNi合金提高了35.4％。
　　 采用機(jī)械球磨將化學(xué)還原法制備的NiP和CoP分別與M

5、gNi合金進(jìn)行復(fù)合制備了MgNi-NiP和MgNi-CoP復(fù)合合金材料，研究并優(yōu)化了制備條件。結(jié)果表明，復(fù)合合金為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)；相對(duì)于MgNi合金，復(fù)合合金循環(huán)穩(wěn)定性得到提高；對(duì)于MgNi-NiP，復(fù)合時(shí)間為10 h，MgNi與NiP質(zhì)量比為100：10時(shí)其循環(huán)穩(wěn)定性最佳，經(jīng)過50周充放電循環(huán)容量保持率比MgNi合金提高了31.1％；對(duì)于MgNi-CoP，復(fù)合時(shí)間為20 h，MgNi與CoP質(zhì)量比為100：5時(shí)其電化學(xué)性能最佳，經(jīng)過50周

6、充放電循環(huán)容量保持率比MgNi合金提高了17.2％。
　　 機(jī)械合金化法成功制備了MgTi0.1Al0.1-xPdxNi(x=0.02-0.08)系列合金，研究了其結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能。發(fā)現(xiàn)，系列合金主相均為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，合金顆粒的形貌和粒徑分布相似；當(dāng)Pd的量為0.06時(shí)，合金具有最佳的循環(huán)穩(wěn)定性，25 mA/g放電電流密度下，首次放電比容量為365.2 mAh/g，經(jīng)過100周充放電循環(huán)放電比容量為214.1 mAh/g，相應(yīng)的保