環(huán)境的污染加速了氫能的開發(fā),而氫化物是氫儲(chǔ)存的首選,RE-Mg系合金因?yàn)楦叩膬?chǔ)氫量和電化學(xué)理論容量成為最具希望的儲(chǔ)氫材料。其不僅可以通過氣態(tài)氫化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氫,還可以參與電化學(xué)反應(yīng)從而拓展動(dòng)力電池發(fā)展。本文在PrMg₁₂球磨過程中添加不同Ni和石墨烯含量,測(cè)試了復(fù)合合金的微觀結(jié)構(gòu);放電容量、循環(huán)穩(wěn)定性、高倍率放電性能等電化學(xué)性與極限電流密度、氫擴(kuò)散系數(shù)等動(dòng)力學(xué)性能。首先,熔煉制備了PrMg₁₂合金,分別添加50 wt.%、100 wt.%、150 wt.%和200 wt.%Ni球磨,得到球磨態(tài)合金。通過XRD及HRTEM分析了合金的相組成及微觀結(jié)構(gòu),結(jié)果表明在各球磨時(shí)間中,增加Ni后合金的主相為Ni相,次相為Mg₂Ni相和PrMg₁₂相,隨著球磨時(shí)間增加到40h,合金PrMg₁₂相消失。合金的電化學(xué)性能表明,Ni能改善合金的最大放電容量,在Ni添加量為200 wt.%時(shí)達(dá)到最佳值。球磨時(shí)間為10h-40h對(duì)應(yīng)最大放電容量分別為47 mAh/g,280 mAh/g,680 mAh/... 

【文章來源】：內(nèi)蒙古科技大學(xué)內(nèi)蒙古自治區(qū)

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

貯氫合金平衡氫壓-溫度測(cè)試儀器

內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文-5-圖1.2Ni-MH電池電化學(xué)工作原理圖1.4改善電池性能的常見方法研究表明金屬氫化物儲(chǔ)氫是最理想的儲(chǔ)氫方式，而金屬氫化物中，鎂以在地殼中的豐富含量、價(jià)格低廉、優(yōu)秀的儲(chǔ)氫能力等優(yōu)勢(shì)在金屬氫化物中成了不二首眩鎂基儲(chǔ)氫合金具有相當(dāng)高的儲(chǔ)氫量和較大的放電容量，其中MgH2的理論儲(chǔ)氫容量高達(dá)7.6wt%，最大理論放電量接近1000mAh/g。但鎂基合金放氫動(dòng)力學(xué)差、放氫條件苛刻、易腐蝕等固有缺陷嚴(yán)重限制了他們?cè)趯?shí)際中的應(yīng)用，因此改善這些重難點(diǎn)問題是解決鎂基儲(chǔ)氫問題的關(guān)鍵[26]。經(jīng)過探索，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)制備工藝或添加元素可以改善合金吸放氫性能。改進(jìn)制備工藝可以通過機(jī)械球磨或快淬凝固處理等方法，使合金內(nèi)部形成大量的非晶納米晶結(jié)構(gòu)，提供大量晶界和晶格缺陷，進(jìn)而改善合金的吸放氫性能；或通過添加金屬或金屬復(fù)合物等，亦可降低合金的氫化物穩(wěn)定性，達(dá)到改善合金吸放氫性能的目的[27,28]。在改進(jìn)制備工藝中：Huang[29]等人利用溶劑熱法，系統(tǒng)的研究了石墨烯添加對(duì)Mg65Ni27La8非晶態(tài)合金的影響。發(fā)現(xiàn)石墨烯添加量為0或0.2時(shí)，僅循環(huán)1.33次后合金的最大放電容量分別為623.7mAh/g和814.8mAh/g，極限電流密度為2233.4mA/g和5672.3mAh/g，阻抗分別為917mΩ和117mΩ，表明石墨烯的添加有效的改善了合金的動(dòng)力學(xué)性能及循環(huán)穩(wěn)定性等。Roman[30]等人利用快淬凝固技術(shù)制備了LaMg11Ni合金，研究發(fā)現(xiàn)快淬凝固處理的合金在20h后最大吸氫量達(dá)到5wt.%，是因?yàn)樗俣鹊脑黾訒?huì)增加合金的非晶納米晶結(jié)構(gòu)，從而提高合金的吸放氫能力。Zhang[31]等人在機(jī)械球磨MgH2過程中摻雜10wt.%石墨烯，結(jié)果發(fā)現(xiàn)石墨烯在

內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文-12-2實(shí)驗(yàn)2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路（1）探究相同球磨時(shí)間下添加不同Ni含量對(duì)PrMg12合金電化學(xué)及動(dòng)力學(xué)性能的影響。通過中頻真空感應(yīng)熔煉爐（如圖2.1所示）制備鑄態(tài)PrMg12合金，采用行星式球磨機(jī)，在350r/min的轉(zhuǎn)速下，分別球磨10h、20h、30h和40h。研究Ni含量對(duì)PrMg12合金微觀結(jié)構(gòu)及電化學(xué)與動(dòng)力學(xué)性能的影響，對(duì)其影響機(jī)理作討論分析，并選取出最佳鎳添加量。其中，為了避免物料粘合到一起，20h至40h的球磨過程中，應(yīng)每間隔10h將球磨罐取出，在手套箱中將球磨篦上的物料鑿下再繼續(xù)球磨。（2）探究等鎳含量條件下，不同球磨時(shí)間對(duì)PrMg12儲(chǔ)氫合金電化學(xué)及動(dòng)力學(xué)性能的影響。將制得的PrMg12合金分別添加相同含量鎳，采用不同的球磨時(shí)間，探究球磨時(shí)間對(duì)PrMg12微觀結(jié)構(gòu)、電化學(xué)及動(dòng)力學(xué)影響，并對(duì)其機(jī)理作討論分析，選取出最佳球磨時(shí)間。（3）在1、2步基礎(chǔ)上選取出最優(yōu)性能的復(fù)合合金，添加不同含量石墨烯，觀察石墨烯對(duì)PrMg12/Ni合金微觀結(jié)構(gòu)與電化學(xué)及其動(dòng)力學(xué)性能的影響。在選取出的最佳復(fù)合合金基礎(chǔ)上，添加不同量的石墨烯進(jìn)行混合球磨40h，研究添加石墨烯后合金微觀結(jié)構(gòu)及電化學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能的改變，探索石墨烯的改變機(jī)理并作出闡述，得出結(jié)論。圖2.1中頻真空感應(yīng)熔煉爐

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]過渡金屬氟化物對(duì)Mg-Al合金儲(chǔ)氫性能的改性研究[J]. 卿培林,藍(lán)志強(qiáng),蔡芳芳,黃顯吞,李柳杰.  功能材料. 2019(03)
[2]固溶體MAX相(Ti0.5V0.5)3AlC2的制備及其對(duì)MgH2儲(chǔ)氫性能的催化影響[J]. 張欣,沈正陽,簡(jiǎn)旎,姚建華,高明霞,潘洪革,劉永鋒.  無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2019(01)
[3]Phase Structure and Electrochemical Properties of Melt-Spun La4MgNi17.5Mn1.5 Hydrogen Storage Alloys[J]. Yu Zhang,Fan-Song Wei,Jia-Ning Xiao,Xin Cai.  Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2017(11)
[4]Hydrogen storage thermodynamic and kinetic characteristics of PrMg12-type alloys synthesized by mechanical milling[J]. Jin-liang Gao,Yan Qi,Ya-qin Li,Hong-wei Shang,Dong-liang Zhao,Yang-huan Zhang.  Journal of Iron and Steel Research（International）. 2017(02)
[5]Electrochemical properties of CeMg11Ni+x% Ni composites （x=0,50, 100 and 200） prepared by ball-milling[J]. 王麗,王新華,陳立新,陳長聘.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2005(02)

碩士論文
[1]多元PrMg12基合金吸放氫機(jī)理及其儲(chǔ)氫性能[D]. 李燦.安徽工業(yè)大學(xué) 2018



本文編號(hào)：3119523