文档介绍：学校代码 10530 学号 200910081104
分类号 TB44 密级
硕士学位论文
Mg-Ni 储氢合金制备、显微组织及其
电化学性能的研究
学位申请人苏鹤祥
指导教师林建国教授
学院名称材料与光电物理学院
学科专业材料科学与工程
研究方向高性能金属材料
二○一二年六月
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Preparation of Mg-Ni hydrogen storage alloys
and their microstructure and electrochemical
properties
Candidate Hexiang Su
Supervisors Professor Jianguo Lin
College Faculty of Materials, Optoelectronics and Physics
Program Material Science & Engineering
Specialization High-performance Metallic Materials
Degree Master of Engineering
University Xiangtan University
Date June, 2012
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湘潭大学
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作者签名: 日期: 年月日
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作者签名: 日期: 年月日
导师签名: 日期: 年月日
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摘要
镁基储氢合金有着储氢容量高、密度小、成本低、无污染等特点,这使得其
成为了镍氢(Ni-MH)电池中应用前景最广阔的材料之一。然而,镁基储氢合金的
实用电化学容量较低、动力学性能不佳和在碱性溶液中抗腐蚀能力差等因素限制
了它在镍氢电池的实际应用。
本文采用机械合金化制备出 MgxNi(x=1、、2;at%),Mg2Ni+x wt%石墨
(x=0、5、10), (M=Mo、Sn)三个系列合金。分析了制备得到的合
金颗粒的微观组织结构和电化学行为,并探讨了镁镍比、表面包覆处理以及元素
替代对合金的结构和电化学性能的改善作用。其主要结论如下:
(1) 在转速为300r/min、球料比为20:1的球磨参数下,经过球磨120h,成分
为MgNi的合金粉末呈现出完全非晶态。Mg/Ni比越低,Mg-Ni合金在球磨过程中
非晶化程度就越高。在三种成分的合金中,非晶态Mg-Ni合金拥有最优良的电化
学性能以及很好的循环稳定性,10个充放电周期过后放电容量仍高达278mAh/g,
电量保持率为64%。通过循环伏安测试,并由此计算出了氢在这些电极中的扩散
系数。研究结果表明,Mg-Ni储氢合金的电极反应为扩散控制过程。在非晶态的
MgNi合金电极中,氢表现出相对较强的扩散能力,×10-8cm2/s。
(2) 采用石墨对 Mg2Ni 合金进行球磨包覆,结果表明,石墨的添加不仅可以
改善 Mg2Ni 合金的放电容量,而且可以提高其抗腐蚀性能。添加 5 wt%石墨和
添加 10 wt%石墨合金的最大放电量分别为 340mAh/g 和 323mAh/g,在第 10 个
循环周期后的电量保持率分别为 %和 %,在经过 15 次循环后,电量保
持率也分别高达 %和 %。经过分析表明,晶粒的不断细化、粉末的层片
状结构以及富余的纳米晶 Ni 是石墨球磨包覆后的合金粉末表现出优异的电化学
性能的主要原因。
(3) Mo 和 Sn 对 Ni 的部分替代都能显著地提高 Mg2Ni 系的放电容量和循环
稳定性。在相同的球磨时间下,Sn 对 Ni 部分替代的合金粉末颗粒比 Mo 替代的
合金粉末颗粒更加细小,且颗粒分布更加均