CN101307395B - 一种非晶态NiB储氢合金电极的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非晶态NiB储氢合金电极的制备方法。该方法的制备过程为：用NiSO 4· 6H 2O、KBH 4和氨水配制化学镀溶液，室温下向化学镀溶液中加入PdCl 2溶液，化学还原反应后生成非晶态NiB合金，将该合金与乙炔黑混合研磨均匀，并用聚乙烯醇调匀，压制烘干制成非晶态NiB合金负极片，将该合金负极片与Ni(OH) 2正极片放置于KOH溶液中浸泡，然后在二次电池性能检测装置上测试其电化学性能。本发明工艺简单、时间短、能耗低且效率高，其制备的非晶态NiB储氢合金电极电化学容量高，活化性能良好；本发明制备的非晶态NiB储氢合金电极不仅本身具有储氢性能，还可以作为表面改性剂提高其它储氢材料的综合电化学性能。
Description
技术领域
本发明属于催化加氢材料技术领域，具体涉及一种非晶态NiB储氢合金电极的制备方法。
背景技术
非晶态TM-B(TM表示过渡金属元素)合金目前见诸报道的多是作为催化加氢材料，最常用的有非晶态CoB和NiB合金，它具有短程有序而长程无序的独特结构。非晶CoB合金的电负性较纯金属Co有显著下降，在电极放电反应中Co和B很容易被氧化而具有电化学活性。非晶CoB作为电极合金时本身就具有300mAh/g的高放电容量，高倍率放电性能和电化学循环性能良好，在300mA/g的高放电率下100次循环容量仅下降了10％。非晶态CoB合金已被成功应用于MgNi储氢合金的表面改性，改性后合金的吸放氢动力学性能和循环寿命都得到了改善。
非晶态NiB合金和非晶态CoB合金同为催化加氢材料，具有相似的催化特性；过渡金属Ni和Co在元素周期表中处于相邻位置，具有相似的化学性质；因而，非晶态NiB合金很有可能也具有储氢性能。并且，非晶态NiB合金的材料成本更低。非晶态NiB合金除本身具有储氢性能外，与非晶态CoB合金一样，还可以作为表面改性剂提高其它储氢材料的综合电化学性能。因而，对非晶态NiB合金的研究很有意义。
非晶态NiB合金作为储氢材料的研究目前尚无报道。而对非晶态NiB合金作为储氢材料表面改性剂的研究虽有报道，但所报道的都是采用机械合金化方法制备非晶态NiB合金，机械合金化所需时间长，能耗大。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，而提供一种工艺简单、制备时间短、能耗低且效率高的采用化学还原法制备非晶态NiB储氢合金电极的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种非晶态NiB储氢合金电极的制备方法，其特征在于其制备过程为：
(1)用NiSO4·6H2O、KBH4和氨水配制化学镀溶液，使NiSO4·6H2O和KBH4的浓度分别为27～32g/L和4～7g/L，室温下向所述化学镀溶液中加入0.1-1mL浓度为1000μg/g的PdCl2溶液，2-10分钟后发生诱导化学还原反应，生成黑色沉淀非晶态NiB合金，非晶态NiB合金用去离子水洗涤至中性，然后保存在无水乙醇中备用；
(2)将步骤(1)中制备的非晶态NiB合金和乙炔黑混合研磨均匀，晾干后加入浓度为5-10％的聚乙烯醇调匀，并均匀涂于Ni网上，将Ni网折叠压边，采用程控单管烧结炉在50～100℃低温真空烘干，然后压制成片，在所述片上焊极耳即制成非晶态NiB合金负极片；非晶态NiB合金和乙炔黑的重量百分比为20-50∶1；聚乙烯醇与非晶态NiB合金和乙炔黑混合物的重量百分比为0.4～0.75∶1；
(3)将步骤(2)中的非晶态NiB合金负极片与Ni(OH)2正极片放置于浓度为6mol/L的KOH溶液中浸泡5-24小时，在所述正极片和负极片上通电后形成二次电池，然后在二次电池性能检测装置上测试所述二次电池的电化学性能，测试时充放电电流密度均为100mA/g。
为了证明非晶态NiB合金具有储氢性能的可行性，本发明人对非晶NiB合金的性质进行了深入研究。研究发现，非晶NiB中的Ni属于过渡金属元素，由于B均匀分布在过渡金属基体中，使得非晶Ni-B合金具有和金属类似的电导性。并且，非晶Ni-B合金具有独特的电子结构，Ni与B之间以离子键结合，使得合金中B原子的化学稳定性降低，而过渡金属Ni的化学活性增强，导致电化学反应中B容易释放电子，过渡金属Ni的表面也容易处于电化学激活态。因而，非晶NiB作为电极合金时本身就可能具有电化学放电性能，本发明涉及的实验也证实了这一点。因此，可以采用下述方法制备NiB非晶储氢合金电极：用NiSO4·6H2O，KBH4和氨水配制适量的化学镀溶液，使NiSO4·6H2O和KBH4的浓度分别为27～32和4～7g/L。室温下向化学镀溶液中加入几滴浓度为1000μg/g的PdCl2溶液，几分钟后发生诱导化学还原反应，生成黑色沉淀非晶态NiB合金。将非晶态NiB合金与乙炔黑混合研磨均匀，并用聚乙烯醇调匀，压制烘干制成非晶态NiB合金负极片。将非晶态NiB合金负极片与商品Ni(OH)2正极片放置于6mol/l的KOH溶液中浸泡10h，然后在MP-58型二次电池性能检测装置上测试其电化学性能。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明工艺简单、制备时间短、能耗低且效率高，其制备的非晶态NiB储氢合金电极电化学容量达180mAh/g～250mAh/g，活化性能良好；本发明制备的非晶态NiB储氢合金电极不仅本身具有储氢性能，还可以作为表面改性剂提高其它储氢材料的综合电化学性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
用NiSO4·6H2O，KBH4和氨水配制适量的化学镀溶液，使NiSO4·6H2O和KBH4的浓度分别为27g/L和4g/L。室温下向化学镀溶液中加入1.0mL浓度为1000μg/g的PdCl2溶液，3分钟后发生诱导化学还原反应，生成黑色沉淀非晶态NiB合金。将0.5g的非晶态NiB合金与0.01g的乙炔黑混合研磨均匀，并加0.204g浓度为6％的聚乙烯醇调匀，压制烘干制成非晶态NiB合金负极片。将非晶态NiB合金负极片与商品Ni(OH)2正极片放置于6mol/L的KOH溶液中浸泡5h，在所述正极片和负极片上通电后形成二次电池，然后在MP-58型二次电池性能检测装置上测试所述二次电池的电化学性能，测试时充放电电流密度均为100mA/g，电极的最大电化学容量达180mAh/g，活化性能良好。
实施例2
用NiSO4·6H2O，KBH4和氨水配制适量的化学镀溶液，使NiSO4·6H2O和KBH4的浓度分别为28g/L和6g/L。室温下向化学镀溶液中加入0.1mL浓度为1000μg/g的PdCl2溶液，5分钟后发生诱导化学还原反应，生成黑色沉淀非晶态NiB合金。将非晶态0.5g的NiB合金与0.025g的乙炔黑混合研磨均匀，并加0.30g浓度为5％的聚乙烯醇调匀，压制烘干制成非晶态NiB合金负极片。将非晶态NiB合金负极片与商品Ni(OH)2正极片放置于6mol/L的KOH溶液中浸泡10h，在所述正极片和负极片上通电后形成二次电池，然后在MP-58型二次电池性能检测装置上测试所述二次电池的电化学性能，测试时充放电电流密度均为100mA/g，电极的最大电化学容量达225mAh/g，活化性能良好。
实施例3
用NiSO4·6H2O，KBH4和氨水配制适量的化学镀溶液，使NiSO4·6H2O和KBH4的浓度分别为32g/L和7g/L。室温下向化学镀溶液中加入0.5mL浓度为1000μg/g的PdCl2溶液，4分钟后发生诱导化学还原反应，生成黑色沉淀非晶态NiB合金。将0.5g的非晶态NiB合金与0.02g的乙炔黑混合研磨均匀，并加0.39g浓度为7％的聚乙烯醇调匀，压制烘干制成非晶态NiB合金负极片。将非晶态NiB合金负极片与商品Ni(OH)2正极片放置于6mol/L的KOH溶液中浸泡24h，在所述正极片和负极片上通电后形成二次电池，然后在MP-58型二次电池性能检测装置上测试所述二次电池的电化学性能，测试时充放电电流密度均为100mA/g，电极的最大电化学容量达200mAh/g，活化性能良好。
Claims (1)
1.一种非晶态NiB储氢合金电极的制备方法，其特征在于其制备过程为：
(1)用NiSO4·6H2O、KBH4和氨水配制化学镀溶液，使NiSO4·6H2O和KBH4的浓度分别为27～32g/L和4～7g/L，室温下向所述化学镀溶液中加入0.1-1mL浓度为1000μg/g的PdCl2溶液，2-10分钟后发生诱导化学还原反应，生成黑色沉淀非晶态NiB合金，非晶态NiB合金用去离子水洗涤至中性，然后保存在无水乙醇中备用；
(2)将步骤(1)中制备的非晶态NiB合金和乙炔黑混合研磨均匀，晾干后加入浓度为5-10％的聚乙烯醇调匀，并均匀涂于Ni网上，将Ni网折叠压边，采用程控单管烧结炉在50～100℃低温真空烘干，然后压制成片，在所述片上焊极耳即制成非晶态NiB合金负极片；非晶态NiB合金和乙炔黑的重量百分比为20-50∶1；聚乙烯醇与非晶态NiB合金和乙炔黑混合物的重量百分比为0.4～0.75∶1；
(3)将步骤(2)中的非晶态NiB合金负极片与Ni(OH)2正极片放置于浓度为6mol/L的KOH溶液中浸泡5-24小时，在所述正极片和负极片上通电后形成二次电池，然后在二次电池性能检测装置上测试所述二次电池的电化学性能，测试时充放电电流密度均为100mA/g。
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