MgNi_2添加对AB_5型储氢合金电化学性能的影响.docx

MgNi2添加对AB5型储氢合金电化学性能的影响焦丽芳,刘强,袁华堂,王一菁,冯艳(南开大学新能源材料研究所,天津300071)摘要制得了含Mg的AB5型稀土合金,研究了合金添加Mg后合金电化学性能的变化.采用ICP,XRD对合金组成和结构进行分析,并通过EIS、CV、SEM和阳极极化曲线研究了电化学反应机理.关键词MgNi2;储氢合金;电化学性能中图分类号O646文献标识码A文章编号025120790(2007)0220346204近年来,随着科学技术的发展和汽车的普及,汽车尾气造成的环境污染日益严重,因而引起人们广泛的重视[1].电动车由于具有节能、无污染等优点,为解决能源枯竭及环境保护问题提供了一条有效途径.电动车用动力型电池的研制与开发是制约电动车技术发展的重要因素[2].MH/Ni电池被誉为“绿色能源”,具有高比能量、高比功率、寿命长和无污染等显著优点,是电动车用动力型电池的理想选择[3].储氢合金电极作为MH/Ni电池的负极,是影响电池电化学性能的主要因素,也是研究开发的热点[4～6].LaNi合金的多元化合金主要包括A侧(La)替代和B侧(Ni)替代.人们通过系统地研究5Co,Mn,Al,Si和Ti等元素替代部分Ni对合金电化学性能的影响,掌握了B侧取代的基本规律[7].本文首先制备了MgNi2,在合金冶炼过程中通过添加MgNi2的方法定量地添加Mg,合成了含Mg的AB5型稀土储氢合金,提高了合金的电化学性能,特别是高倍率的放电性能.1实验部分1.1MgNi2的制备采用两步法制备MgNi2:第一步,将Mg和Ni按照1∶2摩尔比混合并球磨40h;第二步,在873K下抽真空,在氩气保护下将Mg、Ni合金粉末扩散7h.1.2储氢合金的制备按照一定比例,将La,Ce,Ni,Co,Mn和Al放入中频感应炉中进行熔炼,并反复熔炼3次,保证所炼合金均匀,制得A合金.然后按相同配比在同样实验条件下,添加质量分数为117%的MgNi2进行熔炼和反复熔炼3次,保证所炼合金均匀,制得合金B.1.3电极的制备将合金粉与羰基Ni粉按照1∶3(质量比)的比例混合压片,将合金电极夹在两片容量远大于它的涂膏式Ni(OH)2电极之间制成开口电池,电解液为6mol/L的KOH溶液.1.4仪器XRD测试采用日本日立公司Rigaku/max22500X射线衍射仪.CuKα靶,石墨单色器,工作电压为50V,工作电流为200mA,扫描范围5°～80°,扫速10°/min.ICP测试采用USAThermoJarrell2AshCorp.的ICP29000(N+M).电极表面采用日本日立公司X2650型扫描电镜进行分析,工作电压为20kV.合金化学性能采用武汉蓝电公司生产的Land测试仪进行测试.CV、EIS和阳极极化曲线采用收稿日期:2006202222.基金项目:国家自然科学基金(批准号20573058)资助.联系人简介:袁华堂(1946年出生),男,教授,博士生导师,从事研究能源材料与化学电源.E2mail:yuanht@nankai.edu.cnNo.2焦丽芳等:MgNi2添加对AB5型储氢合金电化学性能的影响347Solartron1287型恒电位仪和Solartron1250频率响应分析仪与计算机联机进行测试.2结果与讨论2.1合金的物相分析图1是合金A和B的XRD衍射图.表1是两种合金的ICP分析结果.由图1可见,两种合金的主峰基本相同,属于典型的AB5型合金,但是在60°～80°之间的特征峰有差异.通过ICP分析确定了合金B中Mg的含量,这是造成该区间XRD特征峰不同的原因.在理论计算中添加质量分数为117%的MgNi2的合金中,Mg的质量分数为0129%,而ICP测试结果表明,Mg的质量分数为0127%,这表明在AB5型高熔点合金中定量添加Mg,可以间接地通过添加MgNi2来实现.Table1Fig.1XRDpatternofalloyA(a)andalloyB(b)ICPanalyticalresultsofthealloysAlloyw(Mn)%w(Ni)%w(Co)%w(La)%w(Ce)%w(Pr)%w(Al)%w(Mg)%AB4.974.5543.6944.284.754.6338.1537.673.873.83019101901.9012合金电化学性能的测试为了进一步考察添加Mg对合金性能的影响,对两种合金电极进行了电化学性能测试,并做了比较.将含Mg合金B电极与合金A电极以012C充放电循环至容量稳定,然后以013C,1C,2C,3C,5C和6C倍率进行放电测试.为了便于比较,将各倍率下放电容量由公式θ(%)=Qd/Qc转换为相对放电容量,其中θ为不同倍率下的相对放电容量,Qd为不同放电倍