基本信息
- 项目名称：
- 钛硅掺杂对镁镍储氢合金电化学性能的影响
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文探索了以机械合金化（MA）法用单质Ti、单质Si等对二元合金Mg50Ni50进行掺杂的工艺对合金电化学循环稳定性的影响。实验表明：二元合金Mg50Ni50的C20/C1仅为29.1%，且几个循环内放电容量已降低50%以上。由此可见，在合金中掺杂金属单质Ti可以减缓合金在强碱溶液中的氧化速率，也可以抑制作为储氢组元素Mg在充放电循环过程中的氧化，从而提高合金的循环稳定性
- 详细介绍：
- 近些年来，很多研究表明镁基储氢合金特别是具有高放电容量、丰富的资源储备和低廉价格优势的非晶态镁基储氢合金对镍氢电池来说，是一种极有应用前景的电池材料。但其较差的充放电循环稳定性（几个充放电循环后放电容量甚至降低50%以上），无法满足新能源材料的基本要求。为了提高镁基储氢合金放电容量的稳定性，可以利用掺杂的工艺来达到此目的。 本文探索了以机械合金化（MA）法用单质Ti、单质Si、单质Ti和Si对二元合金Mg50Ni50进行掺杂的工艺对合金电化学循环稳定性的影响。实验表明：二元合金Mg50Ni50的C20/C1仅为29.1%，且几个循环内放电容量已降低50%以上。在镁基合金中掺杂单质Ti后，其循环稳定性大大增加，C20/C1高达82.4%。并且随着Ti掺杂量的增加，其循环稳定性逐步提高。由此可见，在合金中掺杂金属单质Ti可以减缓合金在强碱溶液中的氧化速率，也可以抑制作为储氢组元素Mg在充放电循环过程中的氧化，从而提高合金的循环稳定性。在合金中掺杂非金属单质Si后也很大程度上提高合金的循环稳定性，其C12/C1达到75.0%。在合金中同时掺杂Ti和Si两种单质后也有类似的实验结果，其C40/C1为66.52%。可见钛硅掺杂工艺大幅度改良了镁基储氢合金的电化学性能，显著提高了其循环稳定性。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 近些年来,为了应对能源危机,世界各国都在寻求新型绿色能源材料。镁基储氢合金特别是非晶态镁基储氢合金具有放电容量高、资源丰富等优点,被认为是一种极具应用前景的镍氢电池电极材料。但其充放电循环稳定性较差,无法满足新能源材料基本要求,所以探索元素表面修饰法——向镁基储氢合金中掺杂钛硅元素来减缓镁基储氢合金在强碱溶液中的氧化速率,从而提高镁基储氢合金的循环稳定性。
科学性、先进性及独特之处
- 镁基储氢合金做成的电池容量大、效率高、无污染、价格低廉。本文提出的钛硅掺杂法可以更好的改善镁基储氢合金的电化学性能，较大幅度的提高其放电稳定性，符合当今新能源材料的发展方向。
应用价值和现实意义
- 随着社会经济的高速发展，移动电源的需求量越来越大，尤其是对可充电电池的需求量迅速增加，钛硅掺杂镁基储氢合金以其容量大、无污染、质量轻、循环稳定、价格低廉等优越特点，充分满足了新能源材料的基本要求，必将得到广泛的应用。
学术论文摘要
- 探索以机械合金化（MA）法用单质Ti和Si对二元合金Mg50Ni50进行掺杂的工艺对合金电化学循环稳定性的影响.用Ti和Si掺杂后的合金C20/C1高达82.4%，而Mg50Ni50 的C20/C1仅为29.1%，实验表明在合金中掺杂Ti和Si能显著提高合金的充放电循环稳定性.
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 由于时间原因未来得及鉴定
参考文献
- [1] LEI Yongquan, WU Yuming, YANG Quanming et al. ZPhys Chem, 1994, Bd. 183: 379 [2] ZHANG Yao(张 耀),LI Shouquani(李寿权),YING Tiao(应 窕) et al. Effect of Surface Coating by Ball Milling on Cycle Stability of Mg-based Hydrogen Storage Electrodes[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals(中国有色金属学报), 2001, 11(4): 582 ~586 [3] YAN Feng,LI Fangjiao,HUA Tangyuan et al. Study on the Preparation and Electrochemical Characteristics of MgNi-CoB Alloys[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2007, 440: 304~308 [4] C. Iwakura, H. Inoue, S. Nohara et al. Effects of Surface and Bulk Modifications on Electrochemical and Physicochemical Characteristics of MgNi Alloys[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2002, 330-332: 636~639
同类课题研究水平概述
- 近些年，我国镁镍电池的发展速度很快，得到了国家高技术“863计划”的大力支持，其发展进程得到进一步推动，到目前为止已经建立了几家具有产业规模的示范线；但在大批量生产时，产品的均匀性和稳定性等性能同日本相比，还有一定的差距。并且随着对镁基储氢合金要求的日益提高，容量高、寿命长、价格低廉的镁基储氢合金的开发制约了镁镍储氢合金的发展，为了解决好其中的矛盾，必须对镁镍储氢合金进行深入细致的探究工作。
