专利名称：一种储氢用炭化钴材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种储氢用炭化钴材料及其制备方法。
背景技术：
近年来一系列新型的储氢材料引起人们的注意，这就是Ni、Co化合物MX。例如， 武汉大学杨汉西研究组用球磨法(机械合金化法)合成了 CoP[1]，在300mA/g的大电流下放电，除最初的活化期外，自30周起其循环容量便保持在310mAh/g左右直到100周。采用化学还原法合成的CoB[2]，首次放电容量达到了 600mAh/g以上，从第三周开始稳定在300mAh/ g左右，100周循环以后，容量仍然保持在^OmAh/g。本组用球磨法制备的CoSi合金其初始放电容量达到400mAh/g，80周后仍保持224mAh/g。NiB[3]，CoB, CoP, CoSi[4]等的相继制备，打开了ー个更宽阔的视野。
发明内容
本发明的目的之ー是提供ー种吸放氢温度低、抗腐蚀性能强、容易活化、循环性能好的储氢用炭化钴材料；本发明的目的之ニ是提供ー种上述炭化钴材料的制备方法。一种储氢用炭化钴材料，其特別之处在干，化学组成是^oCfOA^M^^NiuMnuC O0 5A10丄，其中 X = 1、2 或 3，0 < Y 彡 0. 9。一种储氢用炭化钴材料的制备方法，其特別之处在干，包括如下步骤按照权利要求1的化学计量比称取各组分样品粉末，在氩气气氛下球磨5--80小吋，制成储氢材料然后真空包装即可。—种储氢用炭化钴材料的制备方法，其特別之处在干，包括如下步骤按照权利要求1的化学计量比称取各组分样品粉末，混合研磨后，放入管式炉中在氩气气氛下 5000C --800°C下烧结5-25小吋，制成储氢材料然后真空包装即可。本发明的储氢材料可以被制成储氢合金电极，应用于镍氢电池、氢动カ汽车中；后被制成储氢系统，应用于燃料电池中。本发明的有益效果是该储氢材料能够可逆的吸放氢。使用该储氢材料制备的电极在常温常压下组装的模拟电池具有极高的放电容量、动カ 性能、循环性能以及优越的抗腐蚀性能等优点。制成成品电池可有不同用途，具有极大的应用和开发前景。并且本发明的制备エ艺简单，安全性高。
图1为样品CoCx不同球磨时间的循环放电容量图；图2 为样品 CoCx-(LEta8Mga2Nia8MncilC0a5Alai)ci5,球磨 20 小时的 SEM 图。
具体实施例方式实施例1:
按照化学组成CoC2- (La0.8Mg0.2Ni0.8Mn0.灿。.5A10. ^ 0.5，称取各组分样品粉末，在氩气气氛下球磨30小吋，制成储氢材料然后真空包装即可。实施例2:按照化学组成CoC3-(LEI。.SM^l2NiaSMncilC0a5Altl.んリ称取各组分样品粉末，混合研磨20小时后，放入管式炉中在氩气气氛下600°C下烧结15小吋，制成储氢材料然后真空包装即可。本发明的储氢材料是以CoCx ニ元合金为基础，并将他与La-Mg-Ni-基合金复合。 其化学组成是:CoCx-(L￡tQ.^ga2Nia8Mntl. ^oa5Alai) γ，其中 X = 1，2，3 ;0 < Y 彡 0. 9。本发明还提供了一种储氢材料的制备方法，即用机械球磨法制备储氢材料，按照 CoCx-Oai.2NiQ.8MnQ.灿。.5A1Q. D γ，化学计量比，秤取各组分样品粉末，在氩气气氛下球磨 5-80小吋，制成储氢材料。所得产物用真空包装。本发明还提供了另ー种制备方法，即用扩散法制备储氢材料，按照CoQ-OA^M^ ^ia8MnaiCoa5Α1αι)γ，的化学计量比，秤取各组分样品粉末，混合研磨后，放入管式炉中在氩气气氛下500°C —800°C下烧结5—25小吋，制成储氢材料。所得产物用真空包装。1、采用球磨法制备活性材料CoCx-OA1. Sifea2Nia SMncilCoa5Alai) γ过程是首先准备好实验的球磨罐，球磨球的配比大约是中球与小球的质量比2 1左右 (中球的作用是粉碎大颗粒，小球的作用是使之细化)，球粉比是20 1，每个罐子预计初装粉末10-20克，取已经计算好的原料，按照材料各组分的摩尔配比计算好所加入原料的质量，加入球磨罐中，然后拧紧球磨罐，用高纯氩气保护，充氩气大约证 6h，结束后上球磨机进行球磨，转速450rpm。在球磨过程中，为防止高温对合成的不利，要不断的停机进行冷却，时间间隔约IOh停一次机，取下罐子进行敲罐。这是因为随着球磨的进行，金属粉会粘结在罐体壁上，球磨效率下降。把金属粉末敲下来后，用研碎研碎，过200目筛，取样保存， 剰余的材料装入球磨罐，再重新用氩气保护，上机进行球磨，重复上面的工作至到达规定球磨时间。球墨10h，20h制备的CoCx材料初始放电容量分别达到^OmAh/g和沈OmAh/g，且循环寿命很稳定。Co，C材料有很好的电化学性能，如C材料在碱液中耐腐蚀，且具有良好的导电性，Co材料对储氢性能有很好的帮助。可以考虑将其包覆其他材料，改进被包覆材料的电化学性能。2、采用扩散法制备储氢材料按照C0Cx-(LEta8M^l2Nia8MnaiCoa5Alai)Y,的化学计量比，秤取各组分样品粉末，混合研磨后，放入管式炉中在氩气气氛下500°C—800°C下烧结5—25小吋，制成储氢材料。3、将球磨的样品进行SEM分析扫描电子显微镜(SEM)可用于观察试样表面的显微结构，主要利用细聚焦电子束在样品表面扫描时激发出来的各种物理信号来调制成像的。仪器采用日本日立公司X-650 型扫描电镜仪。工作电压20KV。球磨后的LEta8M^2Nia8MnaiCoa5Alai有很大的表面积，可以吸附在CoCx表面占据大粒子空位以帮助氢气的吸附，且具有防腐蚀性能和催化性能4、将球磨制备的样品制作储氢电极并进行电化学测试负极极片的制备按计算量取本发明的合金样品，加入Ni粉，合金粉镍粉= 1 3(质量比)，在坩埚内混合均勻，在30MPa下压成直径约为Icm的合金电极片，详细记录所有的准确称量数据，后计算活性物质量。再用直径约为2cm的两片泡沫金属镍夹紧合金电极片，用20MPa的压カ压实，然后在泡沫镍片的边上点焊上金属镍片。5、正极极片的制备正极材料为烧结式Ni (OH)2,裁两片容量远大于负极容量的长方形极片，将两片Ni(OH)2的一段与一条Ni带点焊。模拟电池的组装模拟电池使用三电极体系，包括测试电极、烧结式Ni (OH)2辅助电极和Hg/HgO參比电扱，电解液为6mol/L的 KOH水溶液。6、电池的循环稳定性以及容量测试电极在测试前要在电解液中静止20min，以使其充分浸润。充放电容量及稳定性测试过程为以恒流充电300min，断电后静置lOmin， 再恒流放电，截止电压为-0.5V vs Hg/HgO电极，然后静置lOmin，以此循环几十次。整个过程用武汉兰电电子有限公司LAND电池测试系统通过计算机进行联机控制。整个过程每 300s由计算机记录一次数据。计算合金容量时，应扣除电极中的镍粉的质量，只以合金的实际含量计算。按不同计量比混合CoCx和LEta8M^l2Nia8MnaiC0a5Alai材料，并对其进行充放电测试，单纯CoCx材料的最大放电容量达360mAh 单纯LEta8M^l2Nia8MnaiCoa5Alai材料最大放电容量达到277mAh g-1当Y = 0. 5时起放电容量分别达到407mAh 远大于其理论值计算值。因此我们认为复合物不是CoCx，La0.8Mg0.2Ni0.8Mn0. ^oa5Ala ！材料的简单混合，他们之间必然存在相互作用。循环伏安测试对球磨20小时的样品CoCx-(LEta8M^2Nia8MncilC0a5Alai)ci5,进行循环伏安测试，氧化还原两个峰都非常明显，分别处在-0. 62V(vs Hg/HgO)和-0. 98V(vs Hg/HgO), Δ = 0.37V，说明复合材料具有较好的可逆性。交流阻抗测试对球磨20小时的样品CoCx-(LEia8M^l2Nia8MncilC0a5Alai)a5-行交流阻抗测试，样品腐蚀电位较高，腐蚀电流密度小，说明复合合金电极在碱液中的抗腐蚀性能增强。
权利要求
1.一种储氢用炭化钴材料，其特征在干，化学组成是CoCx- (La0.8Mg0.2Ni0.8Mn0.ぶ0(1.5A I0.DY，其中 X = 1、2 或 3，0 < Y 彡 0. 9。
2.一种储氢用炭化钴材料的制备方法，其特征在干，包括如下步骤按照权利要求1的化学计量比称取各组分样品粉末，在氩气气氛下球磨5-80小吋，制成储氢材料然后真空包装即可。
3.一种储氢用炭化钴材料的制备方法，其特征在干，包括如下步骤按照权利要求1的化学计量比称取各组分样品粉末，混合研磨后，放入管式炉中在氩气气氛下500°C -SOO0C 下烧结5-25小吋，制成储氢材料然后真空包装即可。
全文摘要
本发明涉及一种储氢用炭化钴材料及其制备方法，其特点是，化学组成是CoCX-(La0.8Mg0.2Ni0.8Mn0.1Co0.5Al0.1)Y；一种储氢用炭化钴材料的制备方法，其特点是，按照化学计量比称取各组分样品粉末，在氩气气氛下球磨5-80小时；一种储氢用炭化钴材料的制备方法，其特点是，按照化学计量比称取各组分样品粉末，混合研磨后，放入管式炉中在氩气气氛下500℃-800℃下烧结5-25小时。本发明的有益效果是该储氢材料能够可逆的吸放氢。使用该储氢材料制备的电极在常温常压下组装的模拟电池具有极高的放电容量、动力性能、循环性能以及优越的抗腐蚀性能等优点。
文档编号C22C1/05GK102534338SQ201110445700
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者刘国刚, 张云云, 高洪森 申请人:彩虹集团公司