一种新型La-Mg-Ni系储氢合金的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种镍氢电池负极储氢材料，尤其涉及一种La-Mg-Ni系储氢合金，属于电池电极材料领域。
【背景技术】
[0002]氢能作为一种清洁、高效、可持续的新能源，被视为21世纪最具发展潜力的绿色能源。储氢技术的开发是整个氢能系统的关键环节之一，已成为能否早日实现氢经济的决定性因素，直接制约着世界社会经济的健康发展，世界各国尤为重视储氢技术的开发和利用。镍氢二次电池的发展有效推动了储氢技术的进步。镍氢电池中最关键的材料是用作负极的储氢合金，La-Mg-Ni系储氢合金因其具有较高的储氢性能和优异的电化学性能，有望成为新一代镍氢二次电池负极材料。K.Kadir等研究表明，在3.3MPa氢压283K温度条件下，La0 65Ca0.S5Mg1.32Ca0.68Ni9 合金吸氢量高达 1.87wt.%。T.Kohno 等研究发现 La0 7Mg0.3Ni2.8Co0.5合金电极的放电容量为410mAh.g_S是传统八85型合金的1.3倍。但因为La-Mg-Ni系合金电极容易被碱性电解液腐蚀，电极的循环稳定性较差，阻碍了其商业化应用。为了提高La-Mg-Ni系合金电极性能,科研工作者做了大量的研究,通过元素替代优化合金的元素配比或采用热处理以及表面处理等方法改进合金电极的制备工艺，La-Mg-Ni系合金电极的循环稳定性能都有不同程度的提高，但仍然达不到商业化镍氢电池的要求。
【发明内容】
[0003]本发明针对现有La-Mg-Ni系储氢合金的不足,设计一种Laa55Pratl5Ndai5Mga25Ni3.S(Coa5Ala5)x储氢合金,通过用富铺稀土取代La作为A侧，多元复合取代B侧,不仅能显著提高La-Mg-Ni系合金的储氢性能，还降低了产品成本。同时在合金中添加Co和Al来提高合金的储氢量和循环稳定性能。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的，其具体步骤如下:
[0005]A.设计La-Mg-Ni系负极储氢材料的成分，使其满足以下条件Laa55Pratl5Ndai5Mga25附3.5(0)。.^1。.5)!￡，其中0彡叉彡0.5;
[0006]B.将纯度在99%以上的每个单质元素按照摩尔百分比配比；
[0007]C.用磁悬浮熔炼制备A步设计的合金。将所有原材料一并放入坩埚中，向熔炼坩埚通入I X 15Pa氩气，以缓慢提高熔炼功率的方式进行熔炼，熔炼功率范围为20?2500KW,熔炼时间为2?5min，在合金熔炼过程中翻转重熔3?4次，以保证合金成分均匀。将熔炼好的合金锭用砂纸打磨，除去表面氧化层后，再将合金机械研磨粉碎过200目筛备用。
[0008]本发明的机理是:
[0009]用富铈稀土取代La作为A侧，多元复合取代B侧，提高La-Mg-Ni系合金的储氢性能，同时降低了产品成本。Co的添加可以提高合金电极的最大电化学放电性能及活化性能，而Al的加入可以减缓合金在电解液中的腐蚀，增加合金电极循环循环稳定性。同时用Al部分取代Co后，La-Mg-N1-Co-Al系列合金电极的电催化活性还明显增强。
[0010]与现有技术相比，本发明的优点是:
[0011]一、提高La-Mg-Ni系合金的储氢量；
[0012]二、减缓合金在电解液中的腐蚀，增加合金电极循环稳定性；
[0013]三、具有更好的高倍率放电性能；
[0014]四、降低了产品的成本。
【附图说明】
[0015]图1 为 Laa55Pratl5Ndai5Mga25Nii5(Coa5Ala5)ai 合金电极与未加入 Co，Al 合金电极的放电曲线比较图。
[0016]图2 为 Laa55Pra05Ndai5Mga25Ni15(Coa5Ala5)ai 合金电极与未加入 Co, Al 合金电极的充放电循环曲线比较图。
[0017]图3 为 Laa55Pratl5Ndai5Mga25Nii5(Coa5Ala5)ai 合金电极与未加入 Co，Al 合金电极的电极的高倍率放电曲线比较图。
[0018]图4 为 La0.S5Pratl5Nda ^Mga25Nii5(Coa5Ala5)a3 合金电极与未加入 Co，Al 合金电极的放电曲线比较图。
[0019]图5 为 Laa55Pratl5Ndai5Mga25Ni15(Coa5Ala5)a3 合金电极与未加入 Co, Al 合金电极的充放电循环曲线比较图。
[0020]图6 为 La0.S5Pratl5Nda ^Mga25Nii5(Coa5Ala5)a3 合金电极与未加入 Co，Al 合金电极的电极的高倍率放电曲线比较图。
【具体实施方式】
[0021]实施例1:
[0022]A.设计合金成分为 La0.55Pr0.05Nd0.15Mg0.25Ni3.5 (Co0.5A10.5) 0.丄
[0023]B.将纯度在99%以上的每个单质元素按照摩尔百分比配比；
[0024]C.用磁悬浮熔炼制备A步设计的合金。将所有原材料一并放入坩埚中，向熔炼坩埚通入I X 15Pa氩气，以缓慢提高熔炼功率的方式进行熔炼，熔炼功率范围为20?2500KW,熔炼时间为2?5min，在合金熔炼过程中翻转重熔3?4次，以保证合金成分均匀。将熔炼好的合金锭用砂纸打磨，除去表面氧化层后，再将合金机械研磨粉碎过200目筛备用。
[0025]合金电极电化学性能测试采用开口三电极法进行。将已制备好的储氢合金粉0.3g与羟基镍粉1.2g按质量比为1: 4均匀混合，在20MPa压强下压制成直径为1mm的负极；采用Ni (OH)2 / N10H作正极，Hg/HgO电极作参比电极。测试前将负极浸入6mol / L的KOH电解液中浸泡24h。用DC-5电池测试仪对合金电极的充放电性能进行测试，充电电流密度为10mA / g,恒流充电4h,然后以80mA / g的条件恒流放电,放电截止电压为-0.6V(vs.Hg / HgO)，每次充放电完成后静置lOmin。合金电极的电化学容量测试结果如图1所示，循环稳定性测试结果如图2所示，高倍率充放电性能测试结果如图3所示。
[0026]实施例2:
[0027]A.设计合金成分为 La。.55PrQ.Q5Nda 15MgQ.25Ni3.5 (Co。.5Α1α 5)。.3
[0028]B.用磁悬浮熔炼制备A步设计的合金。将所有原材料一并放入坩埚中，向熔炼坩埚通入I X 15Pa氩气，以缓慢提高熔炼功率的方式进行熔炼，熔炼功率范围为20?2500KW,熔炼时间为2?5min，在合金熔炼过程中翻转重熔3?4次，以保证合金成分均匀。将熔炼好的合金锭用砂纸打磨，除去表面氧化层后，再将合金机械研磨粉碎过200目筛备用。
[0029]合金电极电化学性能测试采用开口三电极法进行。将已制备好的储氢合金粉0.3g与羟基镍粉1.2g按质量比为1: 4均匀混合，在20MPa压强下压制成直径为1mm的负极；采用Ni (OH)2 / N10H作正极，Hg / HgO电极作参比电极。测试前将负极浸入6mol / L的KOH电解液中浸泡24h。用DC-5电池测试仪对合金电极的充放电性能进行测试，充电电流密度为10mA / g，恒流充电4h，然后以80mA / g的条件恒流放电，放电截止电压为_0.6V(vs.Hg / HgO)，每次充放电完成后静置lOmin。合金电极的电化学容量测试结果如图4所示，循环稳定性测试结果如图5所示，高倍率充放电性能测试结果如图6所示。
[0030]实施例3:
[0031]A.设计合金成分为 La。.55PrQ.Q5Nda 15MgQ.25Ni3.5 (Co。.5Α1α 5)。.5
[0032]B.将纯度在99%以上的每个单质元素按照摩尔百分比配比；
[0033]C.用磁悬浮熔炼制备A步设计的合金。将所有原材料一并放入坩埚中，向熔炼坩埚通入I X 15Pa氩气，以缓慢提高熔炼功率的方式进行熔炼，熔炼功率范围为20?2500KW,熔炼时间为2?5min，在合金熔炼过程中翻转重熔3?4次，以保证合金成分均匀。将熔炼好的合金锭用砂纸打磨，除去表面氧化层后，再将合金机械研磨粉碎过200目筛备用。
[0034]合金电极电化学性能测试采用开口三电极法进行。将已制备好的储氢合金粉0.3g与羟基镍粉1.2g按质量比为1: 4均匀混合，在20MPa压强下压制成直径为1mm的负极；采用Ni (OH)2 / N10H作正极，Hg / HgO电极作参比电极。测试前将负极浸入6mol / L的KOH电解液中浸泡24h。用DC-5电池测试仪对合金电极的充放电性能进行测试，充电电流密度为10mA / g，恒流充电4h，然后以80mA / g的条件恒流放电，放电截止电压为_0.6V(vs.Hg / HgO)，每次充放电完成后静置lOmin。
【主权项】
1.一种新型La-Mg-Ni系储氢合金,其原子成分组成由下式表示Laa55Praci5Ndai5Mga25N“.5(&)。.5八1。.5)!￡，其中0彡叉彡0.5。2.如权利要求1所述的电池负极储氢材料，其特征在于通过用富铈稀土取代La作为A侦牝多元复合取代B侧能显著提高La-Mg-Ni系合金的储氢性能，同时降低了产品成本。3.一种制备如权利要求1所述的La-Mg-Ni系电池负极储氢材料的方法，其具体步骤如下: A.设计La-Mg-Ni系负极储氢材料的成分，使其满足以下条件Laa55Pratl5Ndai5Mga25Ni3.B.将纯度在99%以上的每个单质元素按照摩尔百分比配比； C.用磁悬浮熔炼制备A步设计的合金。将所有原材料一并放入坩埚中，向熔炼坩埚通Λ IXlO5Pa氩气，以缓慢提高熔炼功率的方式进行熔炼，熔炼功率范围为20?2500KW，熔炼时间为2?5min，在合金熔炼过程中翻转重熔3?4次，以保证合金成分均匀。将熔炼好的合金锭用砂纸打磨，除去表面氧化层后，再将合金机械研磨粉碎过200目筛备用。
【专利摘要】一种新型La-Mg-Ni系储氢合金，其原子成分组成由下式表示：La0.55Pr0.05Nd0.15Mg0.25Ni3.5(Co0.5Al0.5)x，其中0≤x≤0.5。此种合金是一种应用在镍氢二次电池中的负极储氢材料，它是通过用富铈稀土取代La作为A侧，多元复合取代B侧，同时在合金中添加Co和Al来提高合金的储氢量，减缓合金在电解液中的腐蚀，增加合金电极循环稳定性，还降低了产品成本。
【IPC分类】C22C19/03, C22C1/02
【公开号】CN104911404
【申请号】CN201410092583
【发明人】覃铭, 何兵, 熊凯, 卢照, 刘淑辉
【申请人】百色学院
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2014年3月14日