稀土鎂基合金復合材料的制備及其電化學性能研究.pdf

1、鎂基合金具有高的儲氫容量,是新型Ni/MH電池的潛在的負極材料之一。富鎂相Mg-稀土合金的晶格是由LaNi5合金的晶格衍生而來,由于LaNi5合金優(yōu)良的儲氫性能,研究者對富鎂稀土鎂合金的儲氫性能寄予很大希望。 在本文中,我們通過熔鹽覆蓋熔煉法制備了富鎂相Nd-Mg合金(包括Nd5Mg41和NdMg12),并研究了合金的電化學儲氫性能。結(jié)果顯示,球磨制備的非晶結(jié)構(gòu)的Nd5Mg41-200wt％Ni和NdMg12-200wt％Ni復

2、合材料的電化學儲氫放電容量分別達到953mAh/g和1173mAh/g(vs.Nd-Mg alloy)。作為氫不穩(wěn)定元素,在非晶復合材料體相中存在的大量的Ni可以降低金屬氫化物的穩(wěn)定性,提高了合金的電化學可逆的儲氫性能。 為了進一步提高富鎂Mg-Nd合金的電化學儲氫性能,以球磨制備的NdMg12-200wt％Ni復合材料為基礎,我們利用CNTs和BN化合物對其進行了表面修飾,發(fā)現(xiàn)經(jīng)球磨后,CNTs或BN化合物的納米級碎片都分散在

3、復合材料表面。而且,實驗證明,經(jīng)表面修飾后的樣品的電化學儲氫容量得到了提高。NdMg12-Ni-5wt％CNTs和NdMg12-Ni-3wt％BN復合材料的首次電化學放電容量達到416.6mAh/g and 442.9mAh/g,均高于原始的NdMg12-Ni復合材料。在球磨過程中帶來的大量的晶界和晶體缺陷,能夠提供更多的表面活性點和提高體相合金氫原子擴散能力。但是,CNTs或BN化合物表面修飾并不能有效的提高復合材料的電化學循環(huán)穩(wěn)定性

4、。 近年來有報道稱,Co-非金屬化合物,包括Co-B,Co-P和Co-Si化合物,在堿液中展示了良好的電化學儲氫性能。在本實驗中,通過直接球磨Co和BN化合物,制備了Co-BN復合材料(Co/BN=5/1),在堿液中表現(xiàn)出335mAh/g的電化學容量,超過一般的AB5系儲氫合金。然而,通過,XRD,TEM,XPS和CV測試都表明,Co-BN復合材料在堿液中的電化學反應不是由于氫原子的氧化還原,應該是納米尺度的金屬態(tài)Co和Co(I

5、I)的相互轉(zhuǎn)化。作為對照,球磨制備的Fe/BN復合材料的電化學容量為250mAh/g,而Ni/BN復合材料在相當寬的氫生成電位下保持惰性。 在實驗中,RE-Mg合金表現(xiàn)了良好的緩沖納米級Si在電化學脫嵌Li的循環(huán)中的強烈的團聚傾向和體積變化的能力,可以在很大程度上改善Si基電極的電化學循環(huán)性能。直接球磨CeMg12和Si制備的CeMg12-Si復合材料電極,展現(xiàn)了良好的可逆容量和循環(huán)性能。在30周循環(huán)中,含30wt％Si和40w