球磨态Mg1-xCexNi0.95Al0.05储氢合金的电化学性能研究

摘要

随着新技术的不断发展和革新，锂离子电池和燃料电池等得到迅猛发展和广泛应用，都驱使人们对镍氢电池提出了更高的要求和期望。目前实现商用化的AB5型储氢合金电极只能满足电池负极材料基本要求，因此开发研究高储氢量和高容量的储氢合金负极材料成为发展镍氢电池的必然趋势。镁基储氢合金被认为是最具应用开发价值的储氢材料。然而镁基储氢合金做电极存在着一些问题如动力学性能较差，经过数次充放电循环后电极容量衰减较快等制约了其在Ni/MH电池应用领域进一步发展。
　　经研究表明，通过元素替代、改进制备工艺、添加催化剂等措施可在一定程度上改善镁基储氢材料的动力学性能。据此本文通过机械合金化将MgNi0.95Al0.05合金与Ni粉混合得到复合储氢合金，研究了球磨时间对MgNi0.95Al0.05合金电化学性能的影响。在此基础上利用Ce元素部分替代Mg研究Mg1-xCexNi0.95Al0.05+50%Ni复合储氢合金随球磨时间和Ce替代量变化电化学性能的改善。通过对球磨后合金样品进行XRD分析结果显示，Mg1-xCexNi0.95Al0.05合金主相为Mg2Ni相。随着球磨时间的延长，衍射峰宽化，逐渐转变为非晶结构。通过TEM对合金样品的微观结构观察显示， Mg1-xCexNi0.95Al0.05随着球磨时间的延长，合金的非晶化程度加剧。
　　利用蓝电测试仪对合金电极的放电容量及循环稳定性研究结果显示，球磨时间的延长有利于合金放电容量的提高。特别是在球磨30h之后，MgNi0.95Al0.05合金的放电容量可达到577.7mAh/g。合金循环稳定性随着球磨时间的延长而得到改善。Ce元素替代对合金循环稳定性的影响在x=0.04时最优。在球磨5h条件下合金容量保持率Sn达到46.89%，但是当x增加到0.08时减小到35.20%。
　　Mg1-xCexNi0.95Al0.05合金经过球磨处理后高倍率放电性能在延长球磨时间的条件下得到改善，如MgNi0.95Al0.05合金的HRD从球磨5h时的57.54%增大到球磨30h时的89.14%。这是由于延长球磨时间可以提高合金电极表面的电荷转移和氢在合金内的扩散。而随着Ce替代量的增加，合金高倍率性能的改善与氢在合金体内的扩散速率有关。