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表面处理对LaMgNi_（3.7）Co_（0.3）储氢合金电化学性能的影响

作　者: 樊星
导　师: 韩选利
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 应用化学
关键词: 储氢合金表面处理化学镀添加剂电化学性能
分类号: TG139.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文在对国内外La-Mg-Ni系AB2型储氢合金的研究进展和储氢合金表面处理工艺的发展现状进行全面综述的基础上,以La-Mg-Ni系AB2型LaMgNi3.7Co0.3合金为研究对象,利用表面化学镀处理,电极中添加剂处理和电解液中添加剂处理的方法对LaMgNi3.7Co0.3储氢合金进行表面处理,并运用电化学测试方法和XRD、SEM、XPS等材料研究方法对LaMgNi3.7Co0.3合金进行了结构和电化学性能的研究。首先研究了表面化学镀处理对LaMgNi3.7Co0.3合金相结构和电化学性能的影响,通过改变反应条件,比较系统地研究了镀液中金属离子浓度、镀液温度、镀液pH值对储氢合金电化学性能的影响,得到化学镀铜的较佳工艺条件为：镀液中Cu2+浓度为1.2g/L,镀液温度为30℃,镀液pH值为3.0,反应时间为2min；化学镀镍的较佳工艺条件为：镀液中Ni2+浓度为40g／L,镀液温度为50℃,镀液pH值为8.0,反应时间为30min。对合金电极进行电化学性能测试发现,表面化学镀处理对合金的最大放电容量和循环稳定性能都有显著提高,合金电极交换电流密度I0和极化电阻R0都得到一定改善,增强了合金电极的动力学性能。本文还对在电极和电解液中添加金属粉末和过渡金属氧化物的处理方法对LaMgNi3.0Co0.3合金电化学性能的影响做了研究。结果显示,电极添加剂处理和电解液添加剂处理都能显著改善合金电极的电化学性能,其中电极中添加La203和V2O5处理后合金电极的最大放电容量分别为351mAh/g和342mAh/g;经过50次充放电循环后的最大容量衰减率分别为16.1%和17.1%,比未处理合金时的46.6%降低了30.5%和29.5%；电解液中添加ZnO添加剂处理的效果最为明显,合金的最大放电容量达到341 mAh／g,比未处理合金提高了15.9%。电解液中添加剂处处理对LaMgNi3.0Co0.3合金性能的影响程度从大到小依次为ZnO>La2O3>CoO>V2O5>Nd2O3。另外,对LaMgNi3.7Co0.3合金性能衰减机理的初步探讨认为,合金中镧和镁等元素在强碱性电解液中被严重腐蚀是造成合金性能衰减的主要原因,特别是腐蚀产物在合金表面形成包覆层,导致LaMgNi3.7Co0.3合金电极反应的动力学性能下降,降低了合金的电化学性能。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
1 绪论  10-22
  1.1 储氢合金的理论基础  10-13
    1.1.1 储氢合金的吸氢反应机理  10-11
    1.1.2 储氢合金的吸氢动力学  11
    1.1.3 储氢合金的电化学原理  11-12
    1.1.4 储氢合金的性能要求  12-13
  1.2 La-Mg-Ni系AB_2型储氢合金的研究现状  13-15
    1.2.1 La-Mg-Ni系AB_2型储氢合金的结构  13-14
    1.2.2 La-Mg-Ni系AB_2型合金的电化学性能  14-15
  1.3 储氢合金表面处理的常用方法  15-20
    1.3.1 酸处理  15-16
    1.3.2 碱处理  16
    1.3.3 氟化处理  16-17
    1.3.4 表面包覆处理  17-18
    1.3.5 表面高分子修饰处理  18-19
    1.3.4 其它表面处理方法  19-20
  1.4 本文的研究意义和内容  20-22
2 实验原理与方法  22-28
  2.1 实验试剂与仪器  22-23
    2.1.1 实验试剂  22
    2.1.2 实验仪器  22-23
    2.1.3 储氢合金制备装置  23
  2.2 LaMgNi_(3.7)Co_(0.3)合金的制备  23-24
  2.3 LaMgNi_(3.7)Co_(0.3)合金的表面处理  24-25
    2.3.1 表面化学镀  24-25
    2.3.2 电极添加剂处理  25
    2.3.3 电解液添加剂处理  25
  2.4 电化学性能测试  25-27
    2.4.1 MH电极制备  25
    2.4.2 合金的最大放电容量测试  25
    2.4.3 合金电极循环稳定性测试  25-26
    2.4.4 合金电极反应动力学性能测试  26-27
  2.5 物相结构分析  27-28
    2.5.1 XRD分析  27
    2.5.2 SEM分析  27
    2.5.3 XPS分析  27-28
3 化学镀对LaMgNi_(3.7)Co_(0.3)储氢合金性能的影响  28-48
  3.1 化学镀铜对LaMgNi_(3.7)Co_(0.3)储氢合金性能的影响  28-37
    3.1.1 化学镀铜的原理及工艺  28-29
    3.1.2 镀液中Cu~(2+)浓度对储氢合金性能的影响  29-30
    3.1.3 镀液温度对储氢合金性能的影响  30
    3.1.4 镀液pH值对储氢合金性能的影响  30-33
    3.1.5 化学镀铜的较佳工艺条件  33
    3.1.6 化学镀铜前后MH电极的电化学性能  33-34
    3.1.7 化学镀铜前后MH电极的电极动力学性能  34-36
    3.1.8 合金的组织结构和微观分析  36-37
  3.2 化学镀镍对LaMgNi_(3.7)Co_(0.3)储氢合金性能的影响  37-47
    3.2.1 化学镀镍的原理及工艺  37-39
    3.2.2 镀液中Ni~(2+)浓度对储氢合金性能的影响  39
    3.2.3 镀液温度对储氢合金性能的影响  39-40
    3.2.4 镀液pH值对储氢合金性能的影响  40-43
    3.2.6 化学镀镍的较佳工艺条件  43
    3.2.7 化学镀镍前后MH电极的电化学性能  43-44
    3.2.8 化学镀镍前后MH电极的电极动力学性能  44-46
    3.2.9 合金的组织结构和微观分析  46-47
  3.3 本章小结  47-48
4 添加剂对LaMgNi_(3.7)Co_(0.3)储氢合金性能的影响  48-56
  4.1 概述  48-50
  4.2 电极添加剂对MH电极电化学性能的影响  50-51
  4.3 电解液添加剂对MH电极电化学性能的影响  51-53
  4.4 本章小结  53-56
5 LaMgNi_(3.7)Co_(0.3)储氢合金性能衰减机理初探  56-60
  5.1 LaMgNi_(3.7)Co_(0.3)合金循环前后的电极动力学性能  56
  5.2 LaMgNi_(3.7)Co_(0.3)合金电极循环过程中的电解液成分  56-57
  5.3 LaMgNi_(3.7)Co_(0.3)合金的XPS分析  57-59
  5.4 本章小结  59-60
6 结论  60-62
致谢  62-64
参考文献  64-70
硕士研究生学习阶段发表论文  70

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