掺Al、Co的A5B19型贮氢合金制备方法技术

本发明专利技术涉及一种掺Al、Co的A5B19型贮氢合金制备方法，其合金的化学组成为La0.6Sm0.2Ni3.6‑xCoxAly(x＝0,0.3,1,1.5；y＝0,0.2)；且该贮氢合金为多相结构；上述A5B19型单相超晶格贮氢合金电极材料的制备方法主要是采用金属单质为原料，通过真空非自耗熔炼方法制备铸态合金，然后进行球磨。本发明专利技术的合金可直接作为镍/金属氢化物电池负极材料使用，合金的最大放电容量在380mAh/g以上，100周充/放电循环后容量保持率在80％以上。

【技术实现步骤摘要】
掺Al、Co的A5B19型贮氢合金制备方法
本专利技术涉及一种不同尺寸的掺Al、Co的A5B19型贮氢合金制备方法。
技术介绍
氢作为一种绿色洁净能源而受到人们的极大关注。随着化石燃料的日益枯竭以及对环境保护要求的提高，氢能必将成为今后重要的能源之一。氢能具有燃烧热值高、燃烧产物不会污染环境及资源丰富的优点。氢能的利用中，发展的瓶颈是贮存和运输。传统的高压气体及低温液态储氢设备复杂，体积和重量庞大，且存在很大的安全隐患，不能应用于车载或便携式燃料电池设备。采用金属氢化物贮氢是现有的氢贮存方法中最为安全和高效的。在各类的储氢方式中，金属氢化物具有体积小、容量高、安全、能耗低等显著的优点，是理想的储氢方式。目前广泛使用的LaNi5型合金体积贮氢密度甚至已经超过液态氢的密度，但是因其较低的放电容量，此类电极材料日渐难以满足动力电池的发展需求。为了提高Ni/MH电池市场竞争力和产业优势，开发具有容量高且寿命长的新型负极材料成为关键所在。随着MH-Ni电池应用领域的不断扩大，国际上的研究开发以高能量密度、高功率、长寿命和低成本的MH-Ni电池为目标。由于决定镍氧电池性能的主要关键材料是储氛合金电极，为了推动我国键氧电池的产业化发展，因此进一步的开发出新型高性能、低成本的储氧合金电极材料对具有很重要的意义。近年来，镧一镁一镍(La-Mg-Ni)系贮氢合金作为Ni/MH负极材料，由于具有较高的放电容量和较好的高倍率放电性能备受关注，然而较差的循环寿命限制了其作为Ni/MH电池负极材料的产业化应用。研究发现，该类贮氢合金是一种超晶格结构合金，它是由[A2B4」和[AB5]亚单元按照一定比例沿C轴堆垛而成的，可分为AB3型(1:1)、A2B7型(1:2)和A5B19型(1:3)超晶格结构，而每种化学组成相同的超晶格结构又根据其包含的[A2B4」亚单元(可以看成是Laves相结构)的不同可分为2H型和3R型，且每种超晶格结构类型的合金电极具有不同的电化学性能特性。其中，A5B19型贮氢合金电极因出色的高倍率性能而受到广泛关注。但是，此类A5B19型贮氢合金电极材料的放电容量和循环稳定性还尚不够令人满意，面临商品化其循环寿命还需进一步提高。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种改善贮氢合金的最大放电容量及循环寿命的掺Al、Co的A5B19型贮氢合金制备方法。本专利技术一种掺Al、Co的A5B19型贮氢合金制备方法，采用元素替代法制备出具有多相结构的A5B19型贮氢合金，A5B19型贮氢合金是一种A5B19型多相结构，Al、Co在B侧进行元素替代，改善La-Mg-Ni系贮氢合金的电化学性能；A5B19型贮氢合金化学组成为La0.6Sm0.2Mg0.2Ni3.6-xCoxAly，其中x,y表示摩尔比，x＝0、0.3、1或1.5；y＝0或0.2。进一步地，所述方法具体包括：选择金属单质或合金化合物为原料，按照权利要求1所述的合金化学组成进行配料，配料时将相应元素的挥发量补充增加，采用真空非自耗电弧熔炼炉制备铸态合金；把得到的铸态合金进行砸样研磨将研磨后的样品与Mg粉按La0.6Sm0.2Mg0.2Ni3.6-xCoxAlyx＝0、0.3、1或1.5；y＝0或0.2比例混合后按球料比8：1在高能行星球磨机中以300转/分进行球磨2小时，将球磨后的样品粉末与镍粉按1：3充分混合，在20MP压力下压成电极。借由上述方案，本专利技术掺Al、Co的A5B19型贮氢合金制备方法至少具有以下优点：通过熔炼、砸样及机械合金化法制备得到合金粉末，考虑Co含量不同对合金相结构的影响，用XRD测试手段确定物相组成，用SEM表征其形貌。考虑不同Co含量对合金电极的电化学性能的影响，将合金粉末压片得到合金电极，通过LAND测试仪测得合金电极的循环寿命、最高放电容量及高倍率特性，通过电化学工作站测得其Tafel极化曲线，分析腐蚀电位。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1是本专利技术实施例1～5贮氢合金的XRD衍射图谱；图2是本专利技术实施例1～5贮氢合金的活化性能曲线图谱；图3是本专利技术实施例1～5贮氢合金的放电容量曲线图谱；图4是本专利技术实施例1～5贮氢合金的容量保持率曲线图谱；图5是本专利技术实施例1～5贮氢合金的高倍率能曲线图谱；图6是本专利技术实施例1～5贮氢合金的Tafel极化曲线图谱。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。本专利技术掺Al、Co的A5B19型贮氢合金制备方法，通过熔炼、砸样及机械合金化法制备得到合金粉末，考虑Co含量不同对合金相结构的影响，用XRD测试手段确定物相组成，用SEM表征其形貌。考虑不同Co含量对合金电极的电化学性能的影响，将合金粉末压片得到合金电极，通过LAND测试仪测得合金电极的循环寿命、最高放电容量及高倍率特性，通过电化学工作站测得其Tafel极化曲线，分析腐蚀电位。本专利技术压成电极片的合金电极直接作为镍/金属氢化物电池负极材料使用，合金电极表现出较高的放电容量和较优异的循环稳定性，其最大放电容量在380mAh/g以上，100周充/放电循环后容量保持率在80％以上。实施例1：本实施例掺Al、Co的A5B19型贮氢合金制备方法，合金成分为：La0.6Sm0.2Mg0.2Ni3.8，选择金属单质La,Sm,Ni为原料，采用真空非自耗电弧熔炼炉制备铸态合金；将得到的合金块机械粉碎研磨至粉末，与Mg粉按配比混合后放入球磨机中，以300r/min球磨2h制得La0.6Sm0.2Mg0.2Ni3.8合金粉末，取合金粉末进行X射线衍射(XRD)分析并对其结果进行Rietveld全谱拟合分析，如图1所示，分析结果表明该合金为LaNi5,(La,Mg)2Ni7,(La,Mg)5Ni19混合相结构。并取0.1g合金粉末与0.3gNi粉充分混合制得电极并测试其电化学性能，如图2～6所示，测试结果表明合金在第二次活化达到最大容量，最大放电容量为359mAh/g，100周充/放电循环后容量保持率为65％，高倍率性能为56％。实施例2：本实施例掺Al、Co的A5B19型贮氢合金制备方法，合金成分为：La0.6Sm0.2Mg0.2Ni3.6Al0.2，选择金属单质La,Sm,Ni,Al为原料，采用真空非自耗电弧熔炼炉制备铸态合金；将得到的合金块机械粉碎研磨至粉末，与Mg粉按配比混合后放入球磨机中，以300r/min球磨2h制得La0.6Sm0.2Mg0.2Ni3.6Al0.2合金粉末，取合金粉末进行X射线衍射(XRD)分析并对其结果进行Rietveld全谱拟合分析，如图1所示，分析结果表明该合金为LaNi5,(La,Mg)2Ni7,(La,Mg)5Ni19混合相结构。并取0.1g合金粉末与0.3gNi粉充分混合制得电极并测试其电化学性能，如图2～6所示，测试结果表明合金在第二次活化达到最大容量，最大放电容量为306mAh/g，100周充/放电循环后容量保持率为72％，高倍率性能为52％。实施例3：本实施例掺Al、Co的A5B19型贮氢合金制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺Al、Co的A5B19型贮氢合金制备方法，其特征在于，采用元素替代法制备出具有多相结构的A5B19型贮氢合金，A5B19型贮氢合金是一种A5B19型多相结构，Al、Co在B侧进行元素替代，改善La‑Mg‑Ni系贮氢合金的电化学性能；A5B19型贮氢合金化学组成为La0.6Sm0.2Mg0.2Ni3.6‑xCoxAly，其中x,y表示摩尔比，x＝0、0.3、1或1.5；y＝0或0.2。

【技术特征摘要】
1.一种掺Al、Co的A5B19型贮氢合金制备方法，其特征在于，采用元素替代法制备出具有多相结构的A5B19型贮氢合金，A5B19型贮氢合金是一种A5B19型多相结构，Al、Co在B侧进行元素替代，改善La-Mg-Ni系贮氢合金的电化学性能；A5B19型贮氢合金化学组成为La0.6Sm0.2Mg0.2Ni3.6-xCoxAly，其中x,y表示摩尔比，x＝0、0.3、1或1.5；y＝0或0.2。2.根据权利要求1所述的掺Al、Co的A5B19型贮氢合金制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐成颖，田庄，王许通，苏婷，贺超，肖皓霖，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45