[发明专利]一种气体雾化微晶贮氢电极合金

说明书

本发明涉及贮氢材料，特别提供了一种1∶5型气体雾化微晶贮氢电极合金。

贮氢材料是近十几年迅速发展起来的一种功能材料，目前贮氢材料的主要制备方法有三种：(1)目前已应用于工业生产的″铸锭-破碎-球磨-筛分″工艺，该工艺主要优点是投资少、见效快、适合大批量生产，主要缺点是：①工艺较为复杂，工序多；②合金成分不易控制，成分均匀性差，容易产生成分偏析而使合金性能不稳定；③工作环境差，粉尘污染比较严重；④制备的合金多数含钴，故成本较高。(2)机械合金化工艺，即采用机械球磨的方法直接将合金原料合成贮氢合金，该工艺尚处于研究阶段。(3)快速凝固工艺，包括两种：①快淬工艺，即将合金液流采用辊子快淬的办法制成合金碎屑，然后再球磨。其优点是成分均匀，偏析少。其缺点是需进一步退火，也增加了一道球磨工序。②气体雾化工艺，即将合金液流用高压惰性气体在真空雾化室中破碎成合金液滴，并与合金发生热交换使之冷却成固态合金粉末。其优点是①成分均匀，偏析少；②颗粒呈球形，填充性能好；③一次雾化成粉，工艺筒单，成本低，更适宜规模生产；④由于是微晶合金(晶粒直径d＜5μm)，使合金在吸放氢过程中抗粉化及腐蚀能力提高，从而使合金电极循环寿命提高。其存在的问题是合金的活化性能很差，需经几十个周期的吸放氢循环才能达到饱和吸氢，从而使合金电极制造周期长、成本增加。有资料报道，可以通过机械球磨来改善合金的活化性能，但机械球磨增加了一道工序。

本发明的目的在于提供一种1∶5型气体雾化微晶贮氢电极合金，其在保持电化学容量高的同时，活化性能有显著提高。

本发明提供了一种1∶5型气体雾化微晶贮氢电极合金，其特征在于合金化学成份为(重量百分比)：

  RE        Ni       Al      Cu

31～38    50～60    1～8    4～8

本发明还提供了上述合金优化的制备工艺，其特征在于：

雾化温度T＝1670～1770K

雾化压力P＝0.5～5.0MPa

质流比Q_m＝0.5～2.5

雾化气体为氮、惰性气体。

或者，雾化气体为氮、惰性气体与氢气的混合，氢气的量不超过10％(体积比)。

从根本上说活化就是贮氢合金与氢原子发生反应，达到饱和吸氢量的过程，即：，ΔHm为潜热(反应焓变)由于表面催化机理，氢原子在与贮氢合金反应时应在一定反应界面上吸附，然后发生反应进入晶格，那么反应界面便成为合金活化的必要条件。而要发生催化活化，要求反应界面新鲜且足够多或不断有新鲜界面产生，它是影响活化速率的主要因素。活化性能的表征通常用充放氢循环次数表示，随着次数增多，合金由于膨胀及收缩产生自破碎，从而使新鲜界面大最增加，活化速率加快。因而循环次数越少，表明活化速率越快，合金的活化性能越好。

本发明就是通过设计新的化学成分并控制合金的冷却速率(通过控制雾化工艺来实现)，使合金在凝固过程中沿晶界析出第二相，由于第二相的析出，使合金在吸放氢过程中，由于合金基体与第二相膨胀系数不同，导致在界面处形成微裂纹，随着吸放氢的进行，裂纹扩展直至颗粒沿晶破碎，从而出现大量利于活化的新鲜反应界面，加快了吸放氢反应速率，合金的活化性能得到显著改善。

本发明所提供合金活化次数：1～3次；电化学容量：280～320mAh/g，下面通过实施例详述本发明。

附图1为活化次数与容量关系。

实施例1

将合金原料按化学配比Rt31.0，Ni59.0，Al6.0，Cu4.0考虑烧损放入真空炉中，其中RE为市售的混合稀土，主要含镁、铈。熔炼成均匀合金，然后将其雾化成合金粉末，雾化工艺为：

雾化温度：1720K

雾化压力：5.0MPa

质流比：1.5

制得的合金粉末过200目筛，将制备的合金粉末混入10wt％铜粉，再加入少许粘结剂(如3％PVA溶液)制成糊状涂到泡沫镍网上，凉干后冷压成电池负极，用NiOOH做电池正极，并采用正极过量原则，电解液为6M KOH溶液，制成开口电池，用EMC装置恒电流条件下测置合金的电化学性能。充电、放电电流为：

第一及第二周期：I_充＝I_放＝30mA/g

第三周期：I_充＝I_放＝60mA/g

放电截止电压为1.0V。

实施例2