氫化燃燒合成與機(jī)械球磨復(fù)合制備——鎂基合金的微觀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能.pdf

1、氫化燃燒合成法(Hydriding Combustion Synthesis，HCS)與機(jī)械球磨(Mechanical Milling，MM)復(fù)合制備鎂基儲(chǔ)氫合金，具有省時(shí)、節(jié)能以及產(chǎn)物活性高等優(yōu)點(diǎn)。然而，目前這方面的研究集中在合金氣態(tài)儲(chǔ)氫性能，對(duì)其電化學(xué)性能的研究未見有報(bào)道，因而研究HCS+MM產(chǎn)物的電化學(xué)儲(chǔ)氫性能極具探索意義。本文采用HCS+MM制備鎂基儲(chǔ)氫電極合金，借助XRD、SEM、恒電流充放電、線性極化、電化學(xué)阻抗譜以及陽極極

2、化等材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的分析測(cè)試方法重點(diǎn)研究了加石墨球磨對(duì)HCS產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響以及加鎳球磨對(duì)HCS產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響，另外，還探索了Al替代Mg對(duì)HCS產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。
　　 對(duì)氫化燃燒合成Mg2NiH4產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的研究表明：XRD分析表明HCS產(chǎn)物主要由Mg2NiH4相和少量Mg2NiH0.3相組成。產(chǎn)物室溫下放電性能很差，放電時(shí)電位迅速下降，最大放電容量?jī)H45.13 mAh/g。

3、HCS產(chǎn)物添加3wt.％石墨球磨5 h后合金中Mg2NiH4相優(yōu)先非晶化，而Mg2NiH0.3的衍射峰仍較尖銳，其平均晶粒尺寸約為9 nm。球磨后合金放電性能顯著改善，放電容量達(dá)到481.50 mAh/g，比未球磨前增加了10倍以上，但合金的循環(huán)壽命較差，對(duì)其循環(huán)衰退機(jī)理的初步探討表明，電極放電容量的衰退主要由于合金晶界區(qū)域難以可逆充氫以及合金在堿液中的氧化腐蝕。
　　 將HCS產(chǎn)物與不同摩爾比x(x＝0，0.5，1，2，3)的

4、Ni粉球磨40h以及將HCS產(chǎn)物與Ni粉(x=1)球磨不同時(shí)間(20 h，40 h，60 h，100 h)制備了Mg-Ni復(fù)合材料。球磨時(shí)間由20 h延長(zhǎng)到100 h，合金最大放電容量由209.06 mAh/g增加541.34mAh/g。隨著HCS產(chǎn)物與Ni的摩爾配比x由0增加到3，合金的非晶化程度逐漸提高，而顆粒的平均尺寸先減小后增大，綜合電化學(xué)性能逐漸提高并于x=3時(shí)達(dá)到最佳，其最大放電容量為580.06 mAh/g，20次充放電循

5、環(huán)后的容量保持率R20為59.69％，400 mA/g放電電流密度下的高倍率放電能力HRD400為78.22％，交換電流密度I0為125.33 mA/g，極限電流密度IL為1418.5 mA/g，氫在合金中的擴(kuò)散系數(shù)D為6.03×10-11cm2/s。
　　 對(duì)氫化燃燒合成Mg2-xAlxNi(x=0，0.3，0.5，0.7)系列合金結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的研究表明：隨著Al含量的增加，合金結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了Mg3AlNi2相，立方晶系，空

6、間群為Fd3m，有文獻(xiàn)報(bào)道該相具有較低的吸放氫溫度和更長(zhǎng)的循環(huán)壽命。Mg1.5Al0.5Ni合金中Mg3AlNi2含量最高，電化學(xué)性能最佳。對(duì)Mg1.5Al0.5Ni合金球磨處理(1 h，5 h，10 h)研究表明，球磨后合金呈納米晶態(tài)，晶粒度變細(xì)，比表面積增大，活性點(diǎn)增加，電化學(xué)吸放氫性能顯著增強(qiáng)。球磨10 h后合金最大放電容量由球磨前的92.66 mAh/g增加到245.45 mAh/g。合金球磨5 h后高倍率放電能力最高，電極表面