表面纳米化处理对Nd-Mg-Ni系A2B7型合金大电流放电能力的影响

Nd-Mg-Ni-based A2B7-type alloys are promising negative electrode materials for high capacity Ni/MH batteries. However, modification of their dischargeability at high current density has been limited owing to scale-limited alloying elements. In order to improve the dischargeability at high current density, in this project we intend to perform alloy coating and polymer modification, both with nano-scale on alloy surface. We study microstructure, thickness, size, shape and continuity of the modification layer by XRD, SEM, TEM and IR methods. We analyze specimens with different treating time to get forming mechanism of the modification layer, providing theoretical guidance for obtaining high catalytic activity and high stability modification layer. We test the electrochemical properties and electrochemical kinetics with and without nano-scaled modification layer, to investigate influence of modification layer. We characterize stability, continuity, microstructure and chemical state of modification layer to reveal influence and mechanism of modification layer on dischargeability at high current density of Nd-Mg-Ni-based A2B7-type alloys. The influence and mechanism will provide theoretical guidance and basic data for selecting high catalytic activity and high stability modification layer, and improve dischargeability at high current density of alloys.

Nd-Mg-Ni系A2B7型合金有望成为高容量Ni/MH电池负极材料，然而其合金化元素选取受限，大电流放电能力改善程度受到影响。为了提高合金的大电流放电能力，本项目提出采用合金镀覆与高分子聚合物修饰的方法对合金进行表面纳米化处理。采用XRD、SEM、TEM、IR等方法研究处理条件对修饰层厚度、尺寸、形状、连续性等的影响。在不同处理时间下采样，分析合金表面修饰层的生长规律，为高效稳定修饰层的制备提供理论指导。测试未处理与经过表面纳米化处理的合金电极的电化学性能与电极过程动力学性能，总结修饰层对合金电极性能的影响规律。表征修饰层在合金充放电不同阶段与充放电循环中稳定性、连续性、微观结构与化学状态等的变化，从而揭示不同修饰层对合金大电流放电能力的影响机理，为选择高效稳定的修饰层、提高合金的大电流放电能力提供理论指导与基础数据。

为了制备高功率型Ni/MH电池负极材料，本项目研究了Nd-Mg-Ni系A2B7型的制备与相转变规律。为了进一步提高A2B7型合金的大电流放电能力，采用在A2B7型合金表面化学镀Mo-Ni、Mo-Co等合金镀层，电镀Ni-Co合金镀层，蒸镀镀覆聚苯胺、聚吡咯高分子聚合物，化学镀覆镍-聚吡咯复合镀层以及在合金表面进行氧化石墨烯表面修饰等方法对合金进行表面处理，修饰纳米修饰层。采用XRD、SEM、TEM、IR等方法研究不同修饰层成分、处理时间、处理液浓度等条件对修饰层厚度、尺寸、形状、连续性等的影响，并在此基础上研究表面修饰层对A2B7型合金电化学性能的影响。化学镀覆Mo-Ni、Mo-Co等可以在合金表面形成立体网状、鳞片状的修饰层，并可以在合金电极的充放电循环过程中稳定存在，可以提高合金电极的高倍率放电性能与循环稳定性。电镀Ni-Co合金镀层研究中发现高电镀电流密度可以获得更加细小致密的合金镀层，这是因为较大的电镀电流密度可以促进合金表面更多的修饰层形核。然而随着电镀电流密度的增加，合金电极高倍率放电性能的提高幅度先增大后减小。导电高分子聚苯胺、聚吡咯等具有较好的导电性，并且能够拉动吸放氢反应，修饰在储氢合金表面能够提高电极的高倍率放电性能。而在A2B7型合金表面修饰镍-聚吡咯复合镀层可以形成双极子，促进合金电极表面氢的阳极氧化过程，进而可以较大幅度的提高A2B7型合金的高倍率放电性能。在A2B7型合金表面修饰氧化石墨烯可以增加合金表面积，为电化学反应提供场所，能够提高合金电极在大电流下的放电能力。本项目的研究揭示不同修饰层对A2B7型合金大电流放电能力的影响规律与影响机理，为选择高效稳定的修饰层、提高合金的大电流放电能力提供理论指导与基础数据。