鎂基能源材料基礎(chǔ)研究.pdf

1、鎂是工業(yè)應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料,廣泛應(yīng)用于空間技術(shù)、航空航天、交通運輸?shù)刃袠I(yè),實現(xiàn)輕量化、并減少能源消耗。此外,鎂具有高的儲氫能力(7.6wt.％)、低的電極電位(-2.37V vs.SHE)、高的比容量(2205mAh/g)、無環(huán)境污染等能源相關(guān)特性,使其成為一種新型的能源材料。鎂在能源材料方面的開發(fā)應(yīng)用得到了越來越多的關(guān)注。
　　 本報告對鎂在一次電池、儲氫材料和二次電池中的應(yīng)用進行了初步探索。研究了NZ30K、AZ31合

2、金在不同濃度MgCl2、MgSO4、Mg(COOCH3)2、MgBr2和Mg(ClO4)2溶液中的腐蝕行為和電化學(xué)性能,組裝了鎂錳一次電池;采用等離子體電弧法制備了納米Mg粉、利用快速凝固方法制備了Mg67-xCaxNi33非晶,研究了納米Mg粉和非晶的物相組成和儲氫性能;同時考查了鎂合金作為鎂二次電池負(fù)極材料時的電化學(xué)性能,以達(dá)到抑制枝晶生長、改善長期循環(huán)性能的目的。
　　 鎂一次電池的研究結(jié)果表明,NZ30K合金在MgSO4

3、溶液中的腐蝕速率最大,其在MgBr2溶液中的耐蝕性能最好,而AZ31合金在MgCl2溶液中的耐蝕性能最差,而在Mg(ClO4)2溶液中的耐蝕性能最佳。本研究中所使用合金在各種電解液中的腐蝕速率均隨著電解液濃度的增加而增大,且其腐蝕電流隨電解液濃度的增加而增大,電化學(xué)阻抗譜中高頻端容抗環(huán)的半徑隨電解液濃度的增加而減小。采用AZ31鎂合金為負(fù)極,Mg(ClO4)2溶液為電解液的鎂錳電池的連續(xù)放電和間歇性放電的容量仍低于相應(yīng)的鋅錳電池容量,這

4、主要是由于電解液中缺少合適的緩蝕劑等。仍需要加強鎂錳電池電解液的改性研究。
　　 鎂基儲氫材料的研究結(jié)果表明,采用直流電弧等離子體法可以制備出Mg納米粉,其顆粒呈球形或六邊形,平均粒徑在150nm左右。納米鎂粉經(jīng)過活化后可以在10min內(nèi)達(dá)到最大吸氫量,大大改善了鎂基儲氫合金的動力學(xué)性能,其最大吸氫量可達(dá)6.24wt.%。經(jīng)過快速凝固后的Mg67-xCaxNi33(x=5,10,15,20,at.%)能夠形成非晶,并且Ca的加入

5、降低了Mg2Ni相的含量,合金中逐漸出現(xiàn)了MgNi2相和Mg2Ca相。Mg67-xCaiNi33合金的最大吸放氫量隨著Ca元素含量的增加而降低,非晶化能夠提高合金的儲氫量。
　　 鎂二次電池負(fù)極材料的研究結(jié)果表明,用作鎂二次電池的負(fù)極材料時,AZ31合金與工業(yè)純鎂相比其初始穩(wěn)定性較差,但AZ31合金可以有效地抑制枝晶生長,比純Mg具有更高的庫侖效率和循環(huán)穩(wěn)定性。隨著合金中Al含量的增加,合金的過電位有升高的趨勢,并且合金的長期穩(wěn)