Mg3TiNi2合金的制备及电化学性能研究文献综述

 2021-09-27 00:02:26

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研究现状及发展动态

随着人类社会发展和进步,人类对能源及天然资源的消耗却也在增加,致使化石燃料将面临枯竭,并造成自然环境急剧恶化。当前在设法降低常规能源(如煤炭、石油等)所造成的环境污染的同时,必须对可持续发展、无污染的非化石能源的研究开发与应用予以应有的重视,这是本世纪能源领域技术发展的趋势。

近年来,由于笔记本电脑、手机、小型摄像机、电动工具等便携式器具需求的快速增长,对高能量密度、灵活方便的能源形式提出了新的要求,这些问题推动了新型高能二次电池的开发和利用,加速了高性能二次电池的发展。在种类众多的可充电电池中,金属氢化物-镍电池(Ni/MH电池)以其独特的性能脱颖而出。随着研究工作的深入和技术的不断发展,Ni/MH电池在电动工具、电动车辆和混合动力车上也正在逐步得到应用,形成新的发展动力。

储氢合金是指在一定温度和氢气压力下能可逆地大量吸收、储存和释放氢气的金属间化合物。目前,主要包括这几种:镁系、稀土系、钛系、锆系储氢合金。

镁基储氢合金具有储氢量高、重量轻、资源丰富、价格低廉等优点。但镁基合金是中温型储氢合金,吸放氢动力学性能较差,给实际应用带来了困难,特别是在Ni/MH电池应用方面,这也是研究的重点[1]。目前,通过改善合金的制备方法、对合金元素进行取代、合金的表面改性和复合材料的制备等,使得镁基储氢合金的电化学性能有所改善,但仍不能满足电池在实际应用中对性能的要求。尽管如此,镁基储氢合金还是吸引了大量研究者的关注。

1、制备工艺

近年来的研究表明,不同的制备方法对镁基储氢合金的性能有很大的影响。主要有以下几种方法:高温熔炼法、粉末烧结法、扩散法、机械合金化法和氢化燃烧合成法等。

1.1高温熔炼法

高温熔炼法是制备镁基储氢合金的一种传统方法。Reilly等[2]首先以镁和镍混合炼 成Mg2Ni合金。所用原材料的纯度要求较高,一般应在99.9%以上,主要是为了减少杂质对储氢材料性能的影响[3]。熔炼过程中通常通入惰性气体来防止镁的燃烧。加热方式多采用高频感应,该法由于电磁感应的搅拌作用,熔液顺磁力线方向不断翻滚,使熔体得到充分混合而均质地融化,易于得到均质合金。合金的凝固选择锭模铸造法或急冷凝固法,可获得块状或粉末合金,最后经活化即成金属氢化物产品[4]

但高温熔炼法还存在能源消耗大、时间长、过程复杂的缺点,对于熔点相差较大的金属还存在低熔点金属元素烧损严重问题。

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