CN104846224B - 一种利用石墨烯表面改性ab3型储氢合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用石墨烯表面改性AB3型储氢合金的方法。通过真空感应熔炼法制备AB3型La0.94Mg0.06Ni3.49Co0.73Mn0.12Al0.20合金，合金锭机械粉碎后，球磨筛分出200~300目的颗粒粉末；将95~99%的La0.94Mg0.06Ni3.49Co0.73Mn0.12Al0.20合金颗粒粉末和1~5%的石墨烯混合均匀后球磨，制得表面改性的AB3型储氢合金。本发明方法操作简单，易于推广，且对作为动力Ni/MH电池负极材料的AB3型储氢合金进行表面改性，获得了具有良好电化学性能的合金电极。
Description
技术领域
本发明属于材料化学以及电化学研究领域，特别涉及一种利用石墨烯对AB3 型储氢合金La0.94Mg0.06Ni3.49Co0.73Mn0.12Al0.20进行表面改性的方法。
背景技术
自从第一个镍氢电池在日本被商业化后，镍氢电池已经得到了广泛的应用。AB3 型储氢合金由于具有较高的放电比容量而成为世界各国镍氢电池领域研究的热点，但其在碱性溶液中易被腐蚀，使得其在镍氢电池中的应用受到限制。由于电池的性能主要受合金表面结构的影响，比如合金表面的电催化活性和抗腐蚀性能与镍氢电池的最大放电容量、充放电动力学、循环稳定性密切相关，因此对合金表面结构的研究就具有特别重要的意义。为了使 AB3 型储氢合金在镍氢电池中能够得到更好地应用，研究者们通过多种方法来改善其电化学性能。其中添加石墨烯对AB3 型合金进行表面改性是一种新型有效的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用石墨烯表面改性AB3型储氢合金的方法。
本发明的思路：利用导电石墨烯作为改性剂，与AB3型合金La0.94Mg0.06Ni3.49Co0.73Mn0.12Al0.20通过球磨来制备改性合金，以提高合金电极的电化学性能。
具体步骤为：
(1) 通过真空感应熔炼法制备AB3型La0.94Mg0.06Ni3.49Co0.73Mn0.12Al0.20母体合金，合金锭机械粉碎后，以转速250~300转/分钟球磨60~90分钟，筛分出200~300目的La0.94Mg0.06Ni3.49Co0.73Mn0.12Al0.20合金颗粒粉末。
(2) 将步骤(1)制得的La0.94Mg0.06Ni3.49Co0.73Mn0.12Al0.20合金颗粒粉末和石墨烯按照以下重量百分比进行混合：La0.94Mg0.06Ni3.49Co0.73Mn0.12Al0.20合金颗粒粉末为95~99%，石墨烯为1~5%，二者之和为100%；混合后进行球磨，球磨机转速为200~250转/分钟，球磨时间为 30~60 分钟，即制得利用石墨烯表面改性的AB3型储氢合金。
本发明方法操作简单，易于推广，且利用石墨烯对具有良好应用前景的 AB3 型储氢合金进行表面改性，获得了具有良好电化学性能的储氢合金电极。
具体实施方式
实施例
1
：
(1) 通过真空感应熔炼法制备AB3型La0.94Mg0.06Ni3.49Co0.73Mn0.12Al0.20母体合金，合金锭机械粉碎后，以转速300转/分钟球磨60分钟，筛分出300目的La0.94Mg0.06Ni3.49Co0.73Mn0.12Al0.20合金颗粒粉末。
(2) 将步骤(1)制得的La0.94Mg0.06Ni3.49Co0.73Mn0.12Al0.20合金颗粒粉末和石墨烯按照以下重量百分比进行混合：La0.94Mg0.06Ni3.49Co0.73Mn0.12Al0.20合金颗粒粉末为99%，石墨烯为1%；混合后进行球磨，球磨机转速为200转/分钟，球磨时间为 60分钟，即制得利用石墨烯表面改性的AB3型储氢合金。
实施例
2
：
步骤(2)中，原料重量百分比改为：La0.94Mg0.06Ni3.49Co0.73Mn0.12Al0.20合金颗粒粉末为98%和石墨烯为2%，其余同实施例1。
实施例
3
：
步骤(2)中，原料重量百分比改为：La0.94Mg0.06Ni3.49Co0.73Mn0.12Al0.20合金颗粒粉末为95% 和石墨烯为5%，其余同实施例1。
用LAND 5.3B电池测试系统以及CHI 660E电化学工作站分别测定本实施例制得的改性合金的循环稳定性和动力学性能，结果如下：
1) 利用石墨烯改性后，随着石墨烯用量的增大，合金电极的最大放电容量先从 346.4 mAh/g (不含石墨烯) 增加到 363.0 mAh/g (石墨烯用量为1%)，然后又降低到355.9 mAh/g (石墨烯用量为2%)，最后又增加到380.6 mAh/g (石墨烯用量为5%)。
2) 加入石墨烯后，电极的循环稳定性得到明显提高，50 次循环后电极的循环容量保持率从 69.5% (不含石墨烯)增加到 80.6% (石墨烯用量为2%)。
3) 电极的交换电流密度、极限电流密度都呈现先增加后减小，最后又增大的趋势。当石墨烯用量为5%时，电极具有最佳综合电化学性能。
研究结果证实，本实施例中的球磨没有改变母体合金的结构，改性合金由 LaNi5 相和 La2Ni7 相组成。石墨烯作为表面改性剂，不仅提高了AB3型La0.94Mg0.06Ni3.49Co0.73Mn0.12Al0.20合金电极的电化学性能，还改善了电极的动力学性质。
Claims (1)
1.一种利用石墨烯表面改性AB3型储氢合金的方法，其特征在于具体步骤为：
(1) 通过真空感应熔炼法制备AB3型La0.94Mg0.06Ni3.49Co0.73Mn0.12Al0.20母体合金，合金锭机械粉碎后，以转速250~300转/分钟球磨60~90分钟，筛分出200~300目的La0.94Mg0.06Ni3.49Co0.73Mn0.12Al0.20合金颗粒粉末；
(2) 将步骤(1)制得的La0.94Mg0.06Ni3.49Co0.73Mn0.12Al0.20合金颗粒粉末和石墨烯按照以下重量百分比进行混合：La0.94Mg0.06Ni3.49Co0.73Mn0.12Al0.20合金颗粒粉末为95~99%，石墨烯为1~5%，二者之和为100%；混合后进行球磨，球磨机转速为200~250转/分钟，球磨时间为 30~60 分钟，即制得利用石墨烯表面改性的AB3型储氢合金。
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