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一.研究意义本项目来源于郑州轻工业学院主持的河南省科技计划项目“碳/储氢合金复合储氢材料的研制”(项目批准号：132102210438)和河南省教育厅高等学校青年骨干教师资助计划项目“储氢合金/碳复合材料的储氢性能研究”(项目批准号：2011GGJS-101)。氢镍电池在便携式电器、电动工具和电动车辆中得到广泛应用。目前在氢镍电池中应用最多的是AB5型(LaNi5)的稀土系储氢合金,性能相对稳定,但尚存在储氢密度较低、合金成本较高(目前价格约12万/吨)、吸放氢速度较慢等缺点,不利于进一步拓展该类电池的应用领域。另一方面,碳材料吸放氢的循环稳定性高、动力学性能好,但常温常压下的储氢量很低,难以直接应用于氢镍电池。本项目拟制备镍改性碳材料/AB5合金复合材料,以期充分利用碳质储氢材料的物理吸附和储氢合金的化学吸附不同的优点来改善储氢性能;另外,低成本碳质材料(目前活性炭和石墨的价格约***万/吨)的使用能够明显降低储氢材料的成本。二.主要技术说明本课题预期的研究目标是制得的复合材料与AB5型储氢合金相比成本降低幅度>15%,比容量＞350mAh/g,循环寿命＞500次(100%DOD,降低至初始容量的70%)。实际制得的材料成本降低幅度＞10%,比容量达到＞330mAh/g,循环寿命＞500次(100%DOD,降低至初始容量的85%)。本项目成功制备出实用化的氢镍电池用碳/储氢合金复合储氢材料。主要的研究工作和结论如下：①XRD测试证实采用球磨法成功制备出金属镍改性石墨材料;采用液相还原法和水热法均成功地在活性炭中引入了金属镍。SEM测试表明,水热法制备的改性活性炭中金属镍的分布最为均匀;液相法制备的改性材料中金属镍沉积在活性炭表面;而球磨法制备的改性材料中金属镍发生聚集。②采用球磨法在石墨中引入金属镍后,得到改性石墨与AB5合金最佳的复合工艺：10%改性石墨+90%AB5合金,其中改性石墨含有20%金属镍。复合材料的充放电极化降低,活化速度加快,***放电容量达到315mAh/g,其中改性石墨的容量达到200mAh/g;相较于AB5合金,复合材料的3C放电容量增加了22%。③电化学阻抗谱测试表明,相对于AB5合金电极,改性石墨/AB5合金复合电极的Yw明显增加,说明H原子在电极中的扩散能力增强,有利于其电化学性能的改善,尤其是大电流性能。④采用水热法改性活性炭后,活性炭/AB5合金(90%)复合材料的充放电极化降低,放电容量增加;其中当改性活性炭含20%金属镍时,复合材料的***容量达到338mAh/g,大电流放电性能也明显优于AB5合金。⑤采用改性石墨/AB5合金(90wt%)和改性活性炭/AB5合金(90wt%)复合材料作为负极活性物质后,密封氢镍电池的大电流性能明显改善;1C循环性能与采用AB5合金的电池相当,循环500次后三者容量衰减分别为***%、***%和***%。三.本项目创新点①采用金属镍对碳材料进行改性,再将改性后的碳材料与AB5合金复合,得到具有良好电化学储氢性能的改性碳材料/AB5合金复合材料。复合材料充分利用了金属镍在碱性介质中的催化作用,以及碳材料物理储氢和AB5合金化学储氢的协同作用,大电流性能较AB5合金有明显改善,尤其适合于高功率氢镍电池。②对碳材料的改性工艺简单,选择的碳材料来源丰富、价格低廉,从而有效降低了储氢材料和氢镍电池成本。③本项目的研究成果已经在国外专业期刊上发表论文2篇(SCI收录)。