室温熔盐电沉积Mg-Al储氢合金薄膜的研究

项目拟在1-正丁基-1-甲基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)酰亚胺[nBuMePy]+[N(CF3SO2)2]室温熔盐中，以Mg[N(CF3SO2)2]2-Al[N(CF3SO2)2]3（或 Na(Et3Al-H-AlEt3) ）为溶质，电沉积制备Mg-Al储氢合金薄膜。在三电极体系中采用循环伏安、计时电位、计时电流等电化学测试技术,研究电沉积过程的Mg、Al阴极析出行为；在一定施加电位下，研究电解质成分、添加剂、电沉积方式等对制得的Mg-Al形貌、晶型结构及成分的影响,并研究合金薄膜的储氢性能；采用拉曼光谱、红外光谱原位研究电沉积过程电解质本体、阴极/电解质界面和阴极表面的离子结构，并结合电化学测试得到的结果进行联动分析，阐明Mg、Al共沉积过程电极反应的历程和机理；然后，采用电化学测试方法，研究电沉积过程晶体形核与长大过程特征，建立形核、生长速度与过电位、活性离子活度等参数关系的数学模型。

项目研究了Mg(II)-Al(III)-Ni((II)在尿素-乙酰胺-溴化钠熔盐中的电化学行为，分析了沉积温度和沉积时间对Mg(II)-Al(III)-Ni((II)合金组分的影响。研究结果表明：Mg、Al的还原受Mg(II)、Al(III)的扩散控制。恒电位暂态极化实验、恒电流暂态极化实验的结果表明：Ni(II)、Mg(II)、Al(III)共沉积时的成核过程只有两步即成核和长大。产物中Mg的含量随着温度的升高而减少、随着沉积时间的增加先增大后减少，最佳沉积温度和时间分别为383K、40min, 最佳的沉积电位为-1.1V~ -1.2V(vs.Pt)；。. 在C4H8O-C6H6-LiAlH4-AlCl3-MgCl2体系中研究了铝镁合金的电沉积过程。研究发现在C4H8O-C6H6-LiAlH4-AlCl3-MgX2（X=Cl、Br）体系中的铝镁离子的还原是准可逆过程，且电沉积过程受扩散控制。铝镁离子在Pt电极上的成核过程为瞬时成核。C4H8O-C6H6-LiAlH4-AlCl3-MgCl2电解液体系中，铝镁合金在Cu基体上电沉积层的较优电流密度为20mA/cm2~23mA/cm2，且需保证电解液中氯化镁的质量分数应大于2.6%； 在该体系电沉积得到的铝镁合金中镁的最高含量可以达到4.3%。. 电极充放电性能测试结果表明，Al的添加不同程度地改善了Mg2Ni的放电性能，电极最高放电容量达1.4 。各电极最大放电容量的大小顺序为Mg1.8Al0.2Ni > Mg1.7Al0.3Ni > Mg1.6Al0.4Ni > Mg2Ni。随着温度的增加，薄膜氢化物的稳定性降低。Al含量越高，Mg2-xAlxNi薄膜氢化物形成焓越小，薄膜氢化物的稳定性降低。各氢化物电极中氢扩散系数值在10－10 cm2/s数量级。其大小顺序排列为：Mg1.7Al0.3Ni > Mg1.8Al0.2Ni > Mg2Ni> Mg1.6Al0.4Ni。.