[发明专利]一种Mg-Ni-Nd系贮氢电极合金的表面改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Mg-Ni-Nd系贮氢电极合金的表面改性方法，属于金属功能材料技术领域。 

背景技术

面对日益紧迫的新能源开发和环境保护，镁基电极合金是最具有发展潜力的轻量绿色能源材料之一。镁基储氢合金理论储氢容量高达7.6％，电化学容量达1000mAhg^-1，拥有储氢量大、密度低、含量丰富和价格低廉等优点。近20年来，尽管镁基贮氢合金作为电极材料得到了广泛深入的研究和极其迅速的发展，但其苛刻的吸放氢条件(吸放氢温度高、动力学性能差)和电极寿命短(耐腐蚀性能低等)等缺点阻碍了它的实际应用。 

众多研究表明，镁基合金循环寿命的衰退主要归结于以下2个方面的原因：(1)镁基储氢合金的循环容量衰退与其在碱液中的腐蚀有着紧密的联系，尤其是作为吸氢元素Mg的腐蚀和作为提高电催化活性元素Ni的腐蚀是导致容量不断损失的主要原因；(2)合金吸放氢导致的晶胞体积膨胀/收缩引起的合金颗粒粉化。为此，人们通过各种方法对以上缺点进行克服，主要包括：添加/取代合金元素、控制粒径大小、退火处理、表面处理、使用缓蚀剂以及控制电荷输入等。这些方法在不同程度上有效的提高了合金的耐腐蚀性能和释放氢温度。 

近十年来，对电极合金进行表面修饰改性以提高其耐腐蚀性能、改善其循环稳定性的研究成为热点。Iwakura C等研究发现，利用石墨对MgNi合金进行表面修饰，可以有效提高其放电容量和循环寿命，Guo ZP等采用石墨、碳纳米管、炭黑对非晶MgNi合金进行表面修饰，发现石墨是其中较好的一种修饰材料，经其修饰后电极的性能提升最大。银是一种化学性质稳定，且导电性能良好的金属。Pozzo M等计算表明合金表面的Ag有利于贮氢合金吸氢，Ag与H几乎不会成键，氢原子在Ag表面扩散十分方便。同时Qian L等利用氢化燃烧法制备了Mg_2-xAg_xNi(x＝0.05，0.1，0.5)合金，发现Ag能够提高合金的吸释氢动力学性能。因此Ag是另一种较为理想的表面修饰材料。 

发明内容

本发明的目的是提供一种Mg-Ni-Nd系贮氢电极合金的表面改性方法。 

本发明是通过以下技术手段来实现的。 

一种Mg-Ni-Nd系贮氢电极合金的表面改性方法，其特征在于它包括如下工艺步骤： 

(1)将Mg-Ni-Nd合金按照化学计量比配料，然后在真空悬浮熔炼炉中熔炼均匀； 

(2)将熔炼均匀的合金置于多功能非晶合成设备中，采用熔体快淬法(淬速为30m/s)制备Mg-Ni-Nd非晶电极合金； 

(3)将氧化石墨在水中超声分散1小时，加入硝酸银固体(氧化石墨与硝酸银固体质量比为1∶0.1)，继续超声30分钟，升温至80～90℃，加入乙二醇(乙二醇与氧化石墨的数量比为1ml∶10mg)回流反应2小时，过滤，洗涤，干燥，研磨，得到Ag/石墨烯纳米复合膜(纳米银粒子均匀分散于石墨烯中，纳米银粒子的粒径10～20纳米，石墨烯厚度为0.8～1纳米)； 

(4)将(2)制备的非晶合金和(3)制备的Ag/石墨烯纳米复合膜按一定质量比(1∶0.1～1∶0.5)放置在高能球磨仪中，在真空条件下球磨5～10分钟，合金取出后即可实现对Mg-Ni-Nd系贮氢电极合金的表面改性处理。 

采用本发明表面改性的Mg-Ni-Nd非晶电极合金放电容量有了极大提高，同时循环稳定性得到了明显改善。本发明所涉及的一种Mg-Ni-Nd系贮氢电极合金的表面改性方法，将为改善其他贮氢电极合金的综合性能提供参考依据。 

附图说明

图1本发明中Ag/石墨烯纳米复合膜的XRD谱图。其中a为石墨烯的谱图，b为Ag/石墨烯纳米复合膜的谱图(工艺为实施例1所述) 

图2本发明中Ag/石墨烯纳米复合膜的TEM谱图(工艺为实施例1所述) 

图3本发明方法处理/未处理的Mg-Ni-Nd非晶电极合金SEM谱图(工艺为实施例1所述)，Mg-Ni-Nd非晶电极合金SEM谱图a：改性前b：改性后如图3所示 

图4本发明方法处理的的Mg-Ni-Nd非晶电极合金循环特性曲线，包括未经该方法处理和经该方法处理的循环特性曲线(工艺为实施例1所述)，(Mg_70.6Ni_29.4)₉₀Nd₁₀非晶电极合金循环特性曲线如图4所示