石墨烯与FeB对Mg2Ni储氢合金的复合改性及其电化学性能研究

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Mg2Ni具有很强的氢吸附能力,理论储氢含量大,利用电化学储氢方式将其作为储氢材料载体,有望实现氢能的可逆循环储氢。但Mg2Ni合金的储氢动力学性能及循环稳定性较差,用于电池材料进行放电时条件苛刻,限制了其实际应用。研究发现,通过添加催化剂的方式能够改善镁基储氢材料吸放氢速度和电化学性能。因此本文在系统梳理Mg2Ni合金的储氢性能和电化学性能研究现状的基础上,采用湿法球磨添加催化剂的方法将G(石墨烯)和Fe B分别掺入到Mg2Ni合金中制备一系列Mg2Ni复合储氢材料,并在最后将三者共同球磨合成双掺杂Mg2Ni复合材料,发现G和Fe B双掺杂Mg2Ni对提高Mg2Ni储氢合金电化学性能有积极的影响,具体结果如下:(1)向Mg2Ni合金中掺杂不同含量的G,发现合金电极最大放电容量提升的同时,容量保持率也得到了提高。其中,Mg2Ni+10wt.%G复合材料电极的最大放电容量在所有复合材料中最大,为176.60m Ah/g,比Mg2Ni储氢合金的最大放电容量提高了47.3%。掺入G的复合材料自放电容量损失较Mg2Ni储氢合金降低,高倍率放电性能提高。储氢性能最佳的复合材料,球磨时间为10小时左右,G最佳掺杂量区间为5wt.%~10wt.%。(2)Fe B自身具有较高的放电容量(1359.35m Ah/g),与Mg2Ni合金掺杂,复合合金最大放电容量随Fe B在材料中占比增大而持续增大,容量保持率在Fe B掺杂量超过50wt.%时开始出现降低。Mg2Ni+30%Fe B合金在大电流放电密度下的HRD值比两种合金分别独自存在时更大,在充入相同电量开路静置5×24小时后,Mg2Ni+30%Fe B的CRT值为99.90%,几乎无容量损失。(3)在Mg2Ni合金中同时掺入G和Fe B,发现掺杂G使Mg2Ni+30wt.%Fe B合金电极的最大放电容量(435.20m Ah/g)提高了,但自放电容量损失增大。从合金表面形貌分析得知掺杂G后,合金材料更加松散,引起电解液对Fe B和Mg2Ni合金的腐蚀。
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