改性聚吡咯表面修饰对La-Mg-Ni基贮氢合金电化学性能的影响

发布时间：2017-10-28 08:20

  本文关键词：改性聚吡咯表面修饰对La-Mg-Ni基贮氢合金电化学性能的影响

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【摘要】：La Mg Ni基AB3型贮氢合金作为金属氢化物-镍(MH-Ni)电池负极材料,因其具有较高的贮氢容量而受到广泛关注。但是,此类合金的高倍率放电性能(HRD)、循环稳定性和其他电化学性能不理想,限制了其工业应用。本文通过改性聚吡咯表面修饰的方法对合金进行表面处理,以提高合金的高倍率放电性能等电化学性能。经硫酸钠掺杂的聚吡咯表面修饰后的La0.80Mg0.20Ni2.70Mn0.10Co0.55Al0.10贮氢合金表面沉积了一层相对均匀的棉纤维状物质。掺杂聚吡咯化学修饰工艺相对较佳条件为:温度T=318 K,掺杂剂硫酸钠质量m=0.75 g,镀覆时间t=8 min。在此工艺条件下,生成的纳米聚吡咯具有良好导电性、电化学氧化还原可逆性和电催化活性,能够与贮氢合金电极之间发生电子交叉反应,从而,合金电极的电化学动力学性能得到显著改善。处理后合金电极在1800 m A/g电流密度下的高倍率放电性能(25.1%)比未处理合金(12.5%)提高两倍多,同时,放电电压也显著提高。处理后合金电极的电荷转移电阻显著下降,极限电流密度和氢扩散系数提高。掺杂态的聚吡咯拥有良好电化学可逆性等优点,但其导电性仍有待提高,因此,具有优良电催化活性和导电性的镍,用于和聚吡咯形成复合物,以提高聚吡咯导电性。同时,硫酸镍中的硫酸根又可起到掺杂聚吡咯的作用。经镍/聚吡咯复合处理后,贮氢合金颗粒表面生成了一层较为均匀的具有层片状和棉纤维状双重特性的物质。相对较佳工艺条件为:温度T=318 K,硫酸镍镀液浓度为1.8 g/L,镀覆时间t=8 min。在此工艺条件下,与未处理合金相比,处理后合金电极的动力学性能显著提高。在1800 m A/g电流密度下的高倍率放电性能提高了10.2%。荷电保持率提高了5.0%。处理后合金电极的电荷转移电阻显著下降,极限电流密度和交换电流密度提高。
【关键词】：贮氢合金 聚吡咯 复合 表面处理 电化学性能
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG139.7
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 选题背景与研究意义11-12
• 1.2 MH-Ni电池12-14
• 1.2.1 MH-Ni电池概况12-13
• 1.2.2 工作原理13-14
• 1.3 贮氢合金的研究现状14-15
• 1.4 贮氢合金表面改性处理的研究15-18
• 1.4.1 贮氢合金的碱处理15-16
• 1.4.2 贮氢合金的酸处理16
• 1.4.3 贮氢合金的氟化处理16-17
• 1.4.4 贮氢合金的表面包覆金属膜处理17-18
• 1.4.5 电极表面的高分子修饰18
• 1.5 聚吡咯的研究进展18
• 1.6 研究内容18-20
• 第2章 实验部分20-27
• 2.1 实验药品20
• 2.2 实验仪器和原材料20-21
• 2.3 贮氢合金的掺杂态聚吡咯修饰21
• 2.4 贮氢合金的Ni/PPy复合表面处理21-22
• 2.5 合金电极电化学性能测试22-23
• 2.5.1 电化学性能测试装置22
• 2.5.2 电化学方法测试性能22-23
• 2.6 合金电极动力学测试23-25
• 2.6.1 动力学性能测试装置23-24
• 2.6.2 动力学性能测试方法24-25
• 2.7 仪器分析25-27
• 2.7.1 场发射电子显微镜FE-SEM/EDS25
• 2.7.2 透射电子显微镜(TEM)25-26
• 2.7.3 红外光谱(FT-IR)表征26-27
• 第3章 掺杂态聚吡咯对La-Mg-Ni基贮氢合金 电化学性能的影响27-40
• 3.1 引言27
• 3.2 表面聚吡咯修饰处理原理及工艺27
• 3.2.1 表面聚吡咯修饰原理27
• 3.2.2 表面聚吡咯修饰工艺27
• 3.3 微观形貌与结构27-30
• 3.4 掺杂剂浓度对合金充放电性能影响30-33
• 3.4.1 最大放电容量和循环寿命30-31
• 3.4.2 高倍率放电性能31-33
• 3.4.3 放电曲线33
• 3.5 不同掺杂剂用量的聚吡咯化学修饰对合金电极动力学性能影响33-38
• 3.5.1 线性极化性能33-34
• 3.5.2 交流阻抗测试图谱34-36
• 3.5.3 阳极极化测试曲线36-37
• 3.5.4 恒电位阶跃测试曲线37-38
• 3.6 本章小结38-40
• 第4章 镍/聚吡咯复合表面处理对La-Mg-Ni基贮氢合金电化学性能的影响40-54
• 4.1 引言40-41
• 4.2 Ni/PPy复合膜层形成原理及工艺41-43
• 4.2.1 复合膜层形成原理41
• 4.2.2 镍/聚吡咯复合表面修饰工艺41-43
• 4.3 微观形貌与结构43-44
• 4.4 贮氢合金电极经镍/聚吡咯复合表面处理前后的充放电性能44-50
• 4.4.1 镍/聚吡咯复合处理时间的影响44-47
• 4.4.2 硫酸镍浓度的影响47-50
• 4.5 合金电极经镍/聚吡咯复合表面处理前后的动力学性能50-53
• 4.5.1 线性极化性能50-51
• 4.5.2 阳极极化测试曲线51
• 4.5.3 交流阻抗测试图谱51-53
• 4.6 本章小结53-54
• 结论54-55
• 参考文献55-60
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果60-61
• 致谢61-62
• 作者简介62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 张大为,袁华堂,汪根时,张允什;关于贮氢合金表面包铜工艺的几个问题[J];电源技术;1998年03期

2 程菊,徐德明;镍氢电池用储氢合金现状与发展[J];金属功能材料;2000年05期

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本文编号：1107411