Nd(Ⅲ)-Al(Ⅲ)與Y(Ⅲ)-Mg(Ⅱ)摻雜非晶態(tài)氫氧化鎳材料的結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能.pdf

1、鎳電極是MH-Ni電池的核心組成部分，其性能的改進(jìn)對(duì)于提高M(jìn)H-Ni電池整體性能有著重要的作用?；谙⊥猎匚镔|(zhì)獨(dú)特的電子組態(tài)及4f電子運(yùn)動(dòng)特性，并考慮到相關(guān)金屬離子的電化學(xué)功能性作用，本文采用微乳液快速冷凍共沉淀法成功制備出稀土Nd(Ⅲ)/Al(Ⅲ)及Y(Ⅲ)/Mg(Ⅱ)摻雜非晶態(tài)Ni(OH)2電極材料，并系統(tǒng)研究了其制備合成條件及行為規(guī)律，測(cè)試分析了所制備材料的物理特性及其微結(jié)構(gòu)特征，研究考察了樣品材料電極的常溫和高溫電化學(xué)性能及其

2、在電極過(guò)程中的電化學(xué)活性效應(yīng)，并討論了其內(nèi)在聯(lián)系機(jī)制的電化學(xué)作用機(jī)理。
　　 文中通過(guò)單因素法確定了制備非晶態(tài)Ni(OH)2樣品材料的優(yōu)化體系工藝條件為：選擇Ni(NO3)2作為反應(yīng)原料，表面活性劑為Tween80，反應(yīng)pH值為11±1，反應(yīng)攪拌時(shí)間為2h，反應(yīng)溫度為55℃。在確定的優(yōu)化工藝條件下制備出不同摻雜的非晶態(tài)Ni(OH)2樣品材料。實(shí)驗(yàn)表明，摻雜Nd(Ⅲ)后的Ni(OH)2材料仍為非晶態(tài)材料結(jié)構(gòu)，與純非晶態(tài)Ni(OH)

3、2材料相比，Nd(Ⅲ)摻雜非晶態(tài)Ni(OH)2材料無(wú)序性增強(qiáng)，質(zhì)子和電子缺陷較多，樣品材料中含有更多的水分子，在0.2C下，2％Nd(Ⅲ)摻雜非晶態(tài)Ni(OH)2電極材料放電比容量達(dá)324.76mAh·g-1，質(zhì)子擴(kuò)散系數(shù)達(dá)2.3488×10-9cm2·s-1。
　　 研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，二元物質(zhì)復(fù)合摻雜非晶態(tài)Ni(OH)2樣品材料微結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)一步增多，熱穩(wěn)定性增強(qiáng)，將其組裝成MH-Ni模擬電池，在0.2C的充放電制度下，復(fù)合摻雜摩爾

4、百分比2％Nd(Ⅲ)10％Al(Ⅲ)的樣品電極材料在電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中電荷轉(zhuǎn)移電阻較小，放電中值電壓為1.308V，放電比容量可達(dá)355.92mAh·g-1，經(jīng)30次充放電循環(huán)后衰減率僅為1.63％，且非晶態(tài)Ni(OH)2微結(jié)構(gòu)仍保持不變，電極過(guò)程材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好；復(fù)合摻雜2wt.％Y(Ⅲ)/13wt.％Mg(Ⅱ)樣品電極的放電比容量和放電中值電壓分別為364.75mAh·g-1和1.276V，充放電循環(huán)50次后比容量衰減僅為3.37

5、％，質(zhì)子擴(kuò)散系數(shù)為5.1726×10-9 cm2·s-1，電極反應(yīng)可逆性高。在1C下，復(fù)合摻雜2％Nd(Ⅲ)/10％Al(Ⅲ)樣品電極的放電比容量仍可達(dá)336.37mAh·g-1，復(fù)合摻雜2wt.％Y(Ⅲ)/13wt.％Mg(Ⅱ)的樣品電極放電比容量為348.82 mAh·g-1，均表現(xiàn)出較好的大電流充放電性能。
　　 研究樣品電極的高溫電化學(xué)性能發(fā)現(xiàn)，在60℃下，復(fù)合摻雜2％Nd(Ⅲ)/10％Al(Ⅲ)樣品電極放電比容量達(dá)33