[发明专利]通过原位复合Co3O4提高储氢合金放电容量和高倍率放电性能的方法及应用

说明书

技术领域：

本发明涉及在储氢合金表面原位复合Co₃O₄的制备方法及其作为镍氢电池负极材料的应用。

背景技术：

由于镍-金属氢化物(Ni-MH)电池的环境友好性、安全性和广泛的温度适应性，已被广泛应用于便携式电子器件、电动汽车、军事装备等。然而，近年来随着能量存储装置，如超级电容器，锂离子电池和燃料电池的不断发展和市场对高性能电池需求的不断增加，镍氢电池的能量密度和功率密度需要进一步提高，以增强其在电池市场的竞争性。镍氢电池的电化学性能主要取决于其负极HSAs的性能。因此如何提高HSAs的性能，如放电容量、高倍率放电性能等得到了越来越多的关注。据文献报导，一些过渡族金属氧化物(RuO₂,Fe₂O₃,TiO₂,MnO₂和Co₃O₄)可以作为催化剂来提高HSAs的吸放氢动力学特性。在这些氧化物中，Co₃O₄已被广泛应用于催化领域，如氢析出反应、氧还原反应、葡萄糖氧化等。但是在HSAs粉中直接掺Co₃O₄粉的方法使得Co₃O₄的利用率下降，对电池性能的提升有限。如果能在储氢合金(HSAs)的表面原位生长Co₃O₄，对提高其催化效率，提高电极的电化学反应动力学性能应该有显著的效果。

发明内容：

该发明涉及一种通过原位复合Co₃O₄提高储氢合金放电容量和高倍率放电性能的方法。通过水热法制备了HSAs/Co₃O₄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，从而提高了其高倍率放电性能和放电容量。

本发明涉及一种通过原位复合Co₃O₄提高储氢合金放电容量和高倍率放电性能的方法。

具体内容如下：

一种通过原位复合Co₃O₄提高储氢合金放电容量和高倍率放电性能的方法，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50 μm；

c、将合金粉加入聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，将6～12mM Co(NO₃)₂,2～4mM的CTAB，5～10ml超纯水，25～35ml乙醇的混合物混合均匀后加入反应釜中。将密封的反应釜放入170～180℃电烘箱中保温90～100min，在合金粉表面原位生长Co₃O₄。得到的HSAs/Co₃O₄复合材料用水和乙醇清洗，用滤纸过滤，然后在真空干燥箱中干燥。

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。

所述的储氢合金与Co₃O₄复合材料(HSAs/Co₃O₄)，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/Co₃O₄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；