纳米复合储氢材料的研究.pdf
1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/第专辑月电乡也,卷年纳米复合储氢材料的研究陈东,陈廉,吴锋,俗敏,陈德敏,成会明,中国科学院金属研究所,迁 宁 沈阳国家高技 术绿色材朴发展中心,北京摘要采用球磨复合 加高温烧 结 处理及 机 械复合 加高温烧 结 处理两种方法制备了纳 米复合材 料,。场吻。,。一二,。、一分析结果表明,和的复合储氮材 料均 是由型立 方结 构的一相和密排六 方结构的纯构成,未发现两相之间 的 合金化效应。复合材料中的残和都属于纳米晶体。电化学性能 浏试结 果表明,复合材 料电极的最大放电容童为二 二,而的最大放电容为。在高倍率下,电极的容童衰减率明 显小 于电极。电极的高倍率放电性 能 最好。电化学动力学特性是当高倍率放电时,电极反应控制步骤以电荷传输控为 主但氏一电极的 反应特性却是电荷传输 控制和氮扩散控制的联合协 同作用,表现有高倍率 放电 容童。因此新 型纳米复合储氮材料既适用于高能 圣 型动力电池更适 合高功 率型动力电池。关键词纳米复合储互材料高倍率放电性 能动力学特性中图分类号,文献标识码文章编号一一一,扩,一,一。七,。,从之艺一了 飞八,。,吻一,邓一一一一一,连,一,。,岛一。一,一一。作者简介陈东一,男,江苏丹阳人,中 国科学院金属研究所博士研究生,研究方向氮能与材料陈康一,男,江苏丹阳人,中国科学院金属研究所研究员,研究方 向 能 源与材料吴锋一,男,北京人,国家高技 术绿色材料发展 中心 教授,研究方 向镶氮动力电池与绿色材杆格敏一,女,辽宁沈阳人,中国科学院金属研究所工 程师,研究方 向储氢材料陈德敏一,男,辽宁人,中 国科学院金属研究所副研究员,研究方向电化学与材料成会明一,男,江西人,中国科学院金属研究所研究员,研究方向碳纳 米材料 与储能材料。墓金项目国家计划资助项目一一和资助项目 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/ 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/电乡也第卷,计算公 式。一一。吻,这可能是复合材料中的催化作用所致一。复合材料一不仅活化性能好而且 放 电容量也最高。玉的计算值回崎闷一二哪的计算值甲之已乡一 州产井川。妇。们喇加瑰,一放电容量。在低倍率时,电极容量衰减率高于电极 在高倍率时,电极容量衰减得很快,但容量衰减率却明显降低。可见,材料适用于高能量型动力电池,而材料则可适 用于高功率 型动力 电池。复合材料电化学动力学特性对于复合储氢材料,电极反应的动力学特性受到如下 因素影响“氢气在固液界 面上 的分解速率氢原子渗透界面的能力氢原子在材料中的扩 散和形 成氢化物的速率氢原子从金属氢化物中解离 出来的能力。由此可见,研究材料电极反应的吸放氢动力学特性具 有很重要的意义,它直接关系到材料电极在超大电流下的充放电性能。可归结 为材料 电极反应动力学行为主要与氢扩散和电荷传输两大因素密切相关。工材山曰 们工汉目妇艺目图复合材料电极在电流下的放电容量地川卜图是复合材料电极在电流下的放电容量。由图中可见,电极 容 量电极 达囚,电极为叮明显高于月愁电极容量和电极容量日,而且电极经一次充放电循环都能活化,与魁合金相 当,明显好于纯合金经次充放 电循环才能完全活化。复合材 料电极容量 随充放 电循环次数的增加,直至次其放电容量几乎保持不变,似乎好于戈。一压甘竺公把杏价息 罗一。助兰。怂。狱拍丰飞杏笙二葺芝一铲二之拍产孟门分 心加厦。胃月。恶自八八二之拍以川、图复合材料电极在电流下的放 电容量复合材料的高倍率放电性能加百心阳阴印阳。咭,呼多咨芝尧一韶牙。备翻二书一图复合材料在不同放 电倍率时第周期的放电曲线于执乃招一踢班玉一沁玉一汤弘玫八、目曰阳一一一柑“一一司倒图复合材料的高倍率放电容量郎眼图是复合材料的高倍 率放电容量丫,二火图是复合材料在和电流密度下第一周期的放电曲线。由图可见在电流密度时,、和电极的放电平台宽度比电极的大 前者电极 的初期 电位随时间缓慢下降,放电末期的电位急剧 下降。表明在低倍率下,反应控制 步骤以氢扩散控 制 为主但场一电极却 由氢扩散控制提前转为电荷 控制压力平 台为左右。由图可知 在高倍率时,、电极 的放 电很快,几乎没有平台 电位急剧下降说明、电极在高倍率放电下电荷传输控制占主导地位而、电极,尤其是埃一电极却是电荷传输控制和氢扩散控制的联合协同作用压力平台为左右,这说明在高倍率下,它具有良好的放电容量。结论复合材料结 构表 征两种方 法、制备的纳米 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/第卷 专辑陈东,等纳米复合储氮材料的研究复合储氢材 料均是由型立 方结 构 的一相连和密排六方结构的纯相构 成,两者之间没有发生合金化反应。复合材料中和都属 于纳米晶体。复合 材料的最大放电容量在电流密度下,电极容量高,大于纯戈合金电极 容量,并且明显大于电极容量而且二 二电极容量高于电极容量。复合材料高倍率性能在低倍 率下,电极 的容量低于电极但是在高倍率 下,电极的容量衰减率明显低于电极。复合材料电化学动力学特性材料电极反应动力学 行为主要与氢扩散和电荷传输密切相关,它直接关系到材料 电极的大电流放 电能力。在低倍率放 电过程中,控制步骤以氢扩散控制为主 当高倍率 放电时,控 制 步骤以电荷传输 控 制为主,但一电极却是 电荷传输控制和氢扩散控制 的联合协同作用。参考文献,又一记一、一肠,一即,、,一一价玩,卯,一一即一,。饱一,冲、印一记【,凡,一,一吧驻仪】、,玉,一一,一呀,王,一,昭汇,一一。、一文明芬,终敏一陈廉,熔体旋淬储氢合金的微结构与电化学行 为 中国有色 金 属学报,一、收稿日期一一上接第页幸共荞,洲原样。艺 艺,之跳,少七份妇六级吸】月】今图热处理前后吻。的循环性能洲吻从图可见,及热处理合金 的循环稳定性最好。随着循环次数的增加,处理 的合金比处 理的合金表现出更好的寿命,原样的循环寿命最差。这可能是由于经过热处理的合金 由于其合金 中晶格缺陷减少,成分分布进一步均匀提高了合金 在 碱液 中的抗腐蚀 性能从而提高了合金的循环稳定性。结论射线衍射表明,经过热处理后,合金确中由于熔铸条件形成 的杂 质相消失,其相应的衍射峰的强度变大,半高宽变窄,合金的轴缩短,轴伸长。经过热处理的合金由于合金成分的均匀性,表现 出较好的循环寿命,但同时它们的活化次数也有所增加。合金在下表现出较好的循环稳定性及高倍率放电性能,这与文献 中热处理温度达到其熔点温度时较好有所 不同,这可能与合金的侧成分比较单一,仅有这一种稀土元素有关,其中的内在的关系还需进一步研究。参考文献川,一卜一一山,一,一汇,、,二。】目印肠,月哪,【,、习习拢访一司翻。嘛】伽,一一。、一。【,二日、守树奋笼今,“全卫东日减创】飞川收稿日期一一
