[发明专利]储氢合金与纳米多孔镍复合材料(HSAs/NPNi)的制备方法及其应用

说明书

技术领域：

本发明涉及HSAs/NPNi复合材料的制备及其作为镍氢电池负极材料的应用。

背景技术：

近年来，随着环境问题日益严峻、能源危机的不断加剧，新能源汽车受到了越来越多的关注。电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)和燃料电池电动汽车(FCVs)是新能源汽车的主体。而发展EVs、HEVs和FCVs的关键就是高效率、低成本、安全、环境友好型电池的应用。众所周知，良好的电池性能是实现由油气时代向电力时代转变的关键。一些先进的电池技术，例如镍金属氢化物(Ni/MH)电池、锂离子电池和质子交换膜(PEM)燃料电池等，已经在便携式电子器件、电动工具、电动汽车等方面得到了广泛的应用。而镍氢电池由于其低成本、长寿命和优良的安全性以及温度适应性是混合动力汽车用电池的首选。上述应用对镍氢电池能量密度的要求相对较低，而对功率密度的要求则非常高。此外，电动工具和一些现代军事设备对功率密度的要求也非常高。因此，为了满足市场对高功率镍氢电池的需求，进一步提高镍氢电池的竞争力，必须不断改善储氢合金的高倍率放电性能(HRD)。

发明内容：

本发明的目的是提供一种HSAs/NPNi复合材料的制备及其作为镍氢电池负极材料的应用。涉及一种AB₅型储氢合金(HSAs)与纳米多孔镍(NPNi)复合材料(HSAs/NPNi)的制备方法及其作为镍氢电池负极材料的应用。该发明通过简单的水热法和随后的退火处理制备了HSAs/NPNi复合材料。该复合材料独特的结构特性使其具有较快的电子和离子传输速度，从而大大提高了其高倍率放电性能。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的，具体内容如下：

一种储氢合金与纳米多孔镍复合材料(HSAs/NPNi)的制备方法，包括以下步骤：

a、在高纯氩气气氛中通过电弧熔炼的方法熔炼纯度≥99.5的镧、铈、钇、镍、钴、锰、铝，得到其铸锭；

b、将铸锭在氩气保护气氛下退火并机械研磨得到母合金粉末，其平均颗粒直径为50μm；

c、用简单的水热法制备Ni(OH)₂粉末，将1.4～1.5gNi(NO₃)₂，1.3～1.5g六次亚甲基四胺(HMT)和30～40ml超纯水的混合物加入到具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中；将密封的反应釜放入100～120℃电烘箱中保温10～12h，将绿色产物Ni(OH)₂通过离心收集；

d、将所制备的Ni(OH)₂与母合金在玛瑙研钵中研磨均匀进行集成；将混合物在电烘箱中干燥，然后在管式炉Ar/H₂混合气气氛中400～450℃条件下热还原5～6h，制备HSAs/NPNi复合材料。

所述步骤a中铸锭的成分不仅仅局限于AB₅，也可以是AB₂，AB₃型储氢合金。

所述步骤c中制备Ni(OH)₂时，Ni(NO₃)₂和HMT可以是相同比例的不同质量。

步骤d中管式炉的升温条件是1～3℃/min。

所述的储氢合金与纳米多孔镍复合材料(HSAs/NPNi)，其作为电极材料进行电化学测试，包括以下步骤：

a、先将0.25～0.255g活性材料，即HSAs/NPNi复合材料或母合金与1.0～1.02g羰基镍粉混合均匀，再由压片机在8～20MPa的压力下压制成直径为10～15mm的电极片，将电极浸在25～35wt％的KOH溶液中2～4h，使其在电化学测试前完全浸湿；

b、电化学测试是在一个标准的三电极系统中进行的，其中步骤a中制备的电极作为工作电极，烧结Ni(OH)₂/NiOOH电极作为对电极，汞/氧化汞(Hg/HgO)电极作为参比电极，25～35wt％的KOH溶液作为电解质；

c、用所述HSAs/NPNi复合电极作为工作电极进行放电容量测试是在ARBIN电池测试系统上进行的，在室温25℃条件下，电极以60mAg^-1(0.2C)的电流密度充电7.5h，静置30min，然后以60mAg^-1(0.2C)的电流密度放电至截止电压相对于Hg/HgO参比电极达到-0.74V，循环4次进行活化，达到最大放电容量C_max；