Ni-MH電池自上世紀(jì)90年代投入商業(yè)應(yīng)用以來(lái),作為Ni-MH電池負(fù)極的儲(chǔ)氫合金電極材料發(fā)展已取得顯著進(jìn)展。然而,在綠色電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能器件高速發(fā)展的今天,傳統(tǒng)Ni-MH電池由于受限于現(xiàn)有儲(chǔ)氫合金電極容量較低以及水系電解質(zhì)電化學(xué)窗口較窄的缺點(diǎn),致使鎳氫電池能量密度的提升仍比較緩慢,這極大限制和阻礙了Ni-MH電池的進(jìn)一步應(yīng)用。因此,探索非傳統(tǒng)儲(chǔ)氫合金的新型高容量?jī)?chǔ)氫電極負(fù)極材料以及與之匹配的具有較寬電化學(xué)窗口的電解液,這對(duì)發(fā)展高能量密度的鎳氫電池有著十分重要的意義�；谧罱嘘P(guān)非晶硅材料具有可逆電化學(xué)儲(chǔ)氫性能的初步研究結(jié)果,本文首先通過(guò)磁控濺射方法制備非晶硅（a-Si）薄膜材料,探究了非晶硅薄膜的制備工藝,并采用三維輪廓、XRD、XPS、EDS、TEM等表征手段對(duì)非晶硅薄膜進(jìn)行表征。對(duì)上述a-Si薄膜在以一定的壓力和溫度下的高純H₂中進(jìn)行氫化處理,以制備氫化非晶硅（a-Si:H）薄膜,并采用紅外FT-IR光譜等對(duì)該a-Si:H薄膜的結(jié)構(gòu)和硅-氫鍵合模式進(jìn)行分析。最后,以1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽離子液體（[EMIM][Ac]）與醋酸混合組成的質(zhì)子型離子液體為電解質(zhì)... 

【文章來(lái)源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁(yè)數(shù)】：62 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Ni-MH電池的電化學(xué)原理圖[7]

碩士學(xué)位論文5AB2合金中分別加入10wt.%的AB5和AB3.5合金，雖然改善了催化活性增強(qiáng)了氫擴(kuò)散，但放電容量分別為310.4mAh·g-1和314.0mAh·g-1。所以AB2儲(chǔ)氫合金電化學(xué)性能難以達(dá)到商業(yè)鎳氫電池的需求，沒有在中國(guó)日本等鎳氫電池生產(chǎn)大國(guó)得到使用。3)超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)儲(chǔ)氫合金A-B型儲(chǔ)氫合金除過(guò)單一相的AB2、AB5型合金，還存在獨(dú)特的超點(diǎn)陣堆垛結(jié)構(gòu)。在超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中，Laves相結(jié)構(gòu)單元和CaCu5型結(jié)構(gòu)單元沿著c軸交替堆積排列，根據(jù)兩種結(jié)構(gòu)單元堆垛比例不同，形成了AB3、A2B7、A5B19型儲(chǔ)氫材料[25,26]。Kadir等[27]制備了新型合金RMg2Ni9(R=La,Ce,Pr,Nd,Sm,Gd)，研究發(fā)現(xiàn)該合金晶體結(jié)構(gòu)存在廣泛的重疊排列，其中有2/3與AB2相似，1/3與AB5相似。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，(La0.65Ca0.35)(Mg1.32Ca0.68)Ni9合金在283K和3.3MPa氫壓下的吸氫量約為1.87wt.%，(Y0.5Ca0.5)(MgCa)Ni9合金在263K和3.3MPa氫壓下的吸氫量約為2wt.%，說(shuō)明AB3型合金具有是一種有應(yīng)用前景的儲(chǔ)氫材料。Hayakawa等[28]在全面的研究了La-Mg-Ni系合金之后，提出了La-Mg-Ni系合金的結(jié)構(gòu)模型，如圖1.2所示，而且在總結(jié)前任研究成果的基礎(chǔ)上給出了一個(gè)總結(jié)含鎂超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)通式[LaMgNi4]·n[LaNi5]（n為堆垛層中LaNi5單元的層數(shù)）。圖1.2La-Mg-Ni系合金的結(jié)構(gòu)模型[28]Kohno等[29]研究La-Mg-Nix(x=3-3.5)之后發(fā)現(xiàn)La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.5合金的放電容量可達(dá)410mAh·g-1，1.3倍于商用的AB5合金。Pan等[30]通過(guò)元素替換，對(duì)La0.7Mg0.3(Ni0.85Co0.15)x(x=2.5-5.0)系合金進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，當(dāng)x=3.5時(shí)合金最大放電容量達(dá)396mAh·g-1。該系列合金雖然電化學(xué)容量高，但普遍存在的一個(gè)問題就是循環(huán)穩(wěn)定性差，一般壽命不超過(guò)100次循環(huán)。

非晶硅薄膜的結(jié)構(gòu)分析及作為新型鎳氫電池負(fù)極材料的研究6Ma等[31]制備了A5B19型具有Ce5Co19和Pr5Co19雙相結(jié)構(gòu)的La0.8Mg0.2Ni3.8儲(chǔ)氫合金，經(jīng)過(guò)測(cè)試，最大的放電容量為373mAh·g-1，140次循環(huán)后容量保持率為67%。Liu等[32]通過(guò)優(yōu)化制備工藝，在950℃退火后得到具有(La，Mg)5Ni19單相結(jié)構(gòu)的La0.78Mg0.22Ni3.73合金，最大放電容量372mAh·g-1，100次循環(huán)后容量保持率為85.3%�？偟膩�(lái)說(shuō)循環(huán)壽命低是制約超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)儲(chǔ)氫合金發(fā)展的重要原因，雖然已有部分商用，但與市場(chǎng)對(duì)長(zhǎng)循環(huán)壽命的動(dòng)力電池的需求還是有一定差距。1.2.2新型鎳氫電池的發(fā)展近年來(lái)，科研人員開始轉(zhuǎn)變思路，不在單一的從優(yōu)化改進(jìn)儲(chǔ)氫合金結(jié)構(gòu)組成來(lái)提升鎳氫電池，在新型電解液，新型負(fù)極材料的使用上有了更多的思考。傳統(tǒng)鎳氫電池電解液為KOH溶液，因?yàn)樗惦娊庖弘娢淮翱趦H為1.23V，這也是制約鎳氫電池發(fā)展的一個(gè)重要原因。近些年，離子液體的出現(xiàn)為鎳氫電池使用電位窗口更寬的電解液提供了可能。離子液體指在室溫下為熔融態(tài)的鹽，由有機(jī)陽(yáng)離子與有機(jī)或無(wú)機(jī)陰離子構(gòu)成。它的電化學(xué)窗口可達(dá)3V以上，大幅度提升了電池的大功率充放電性能；熱分解溫度在200℃以上，而且通過(guò)陰陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)、分子量大小的調(diào)控，可以保證離子液體在-90~400℃范圍內(nèi)為液態(tài)，這也使得電池有更寬的工作溫度范圍；另外，具有不可燃性，安全可靠，蒸氣壓低，不揮發(fā)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，這些都使得離子液體有希望應(yīng)用于鎳氫電池中[33-35]。圖1.3H質(zhì)子在電解質(zhì)溶液中的兩種傳輸機(jī)制[36]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]氫能產(chǎn)業(yè)化發(fā)展需穩(wěn)步推進(jìn)[J]. 馮為為.  節(jié)能與環(huán)保. 2018(11)
[2]先進(jìn)鎳氫電池及其關(guān)鍵電極材料[J]. 陳云貴,周萬(wàn)海,朱丁.  金屬功能材料. 2017(01)
[3]射頻功率對(duì)非晶硅薄膜光電性能的影響[J]. 山秀文,雷青松,薛俊明,楊瑞霞,安會(huì)靜,李廣.  真空. 2011(06)

博士論文
[1]硅納米結(jié)構(gòu)的制備及作為鋰離子電池負(fù)極材料的研究[D]. 王超.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所) 2019
[2]鎳氫電池用高性能儲(chǔ)氫合金的研究[D]. 王常春.吉林大學(xué) 2018

碩士論文
[1]儲(chǔ)氫合金和非晶硅在質(zhì)子型離子液體電解質(zhì)中的電化學(xué)儲(chǔ)氫行為研究[D]. 楊倩.蘭州理工大學(xué) 2019
[2]基于石墨烯/硅納米粒子鋰離子電池負(fù)極復(fù)合材料的研究[D]. 沈園方.東南大學(xué) 2017
[3]硅負(fù)極活性材料的制備及其性能分析[D]. 陳野川.電子科技大學(xué) 2015
[4]PECVD法制備氫化非晶硅薄膜及其性能研究[D]. 王玉.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010



本文編號(hào)：3324485