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随着Ni/MH电池的发展,高能量型和高功率型储氢合金已成为研究的重点。本文主要采用氟化处理、碱处理和化学镀镍三种方法对合金进行表面改性,以达到提高AB5型储氢合金电极电化学性能的目的。通过SEM、EDS、电化学测试方法研究了不同表面处理工艺对AB5型储氢合金表面形貌和电极性能的影响。结论如下:
(1)氟化处理试验结果表明,在HF处理过程中添加KBH4对合金进行表面处理可以有效提高合金电极的交换电流密度,增大合金本体内氢原子向电极/溶液界面的扩散系数,最终提高了储氢合金电极的高倍率放电能力,尤其在900 mA/g放电制度下其放电容量仍高达222 mAh/g,高倍率放电能力为68.1%,而相同放电制度下的原始合金电极和HF处理后合金电极却无法放电。
(2)碱处理试验结果表明,碱处理后合金表面Al和Mn元素含量降低,Ni含量增加。碱处理增加了合金表面的电催化活性,显著改善了合金电极的初始活化性能和高倍率放电能力。在KOH处理液中添加还原剂KBH4后,除了溶解表面元素之外还会有部分氧化物被还原,从而进一步提高合金电极的高倍率放电能力和电化学动力学性能。如在900 mA/g放电时,KOH处理合金电极高倍率放电能力为69.2%,而添加KBH4碱处理后合金电极高倍率放电能力提高到83.4%。
(3)化学镀镍试验结果表明,采用HF+KBH4对合金进行预处理后再进行化学镀镍处理可以显著改善合金电极的电化学动力学性能。交换电流密度和氢扩散系数由原始合金电极的24.79 mA/g和5.4×10-10 cm2/s分别提高到83.26 mA/g和9.9×10-10 cm2/s。且处理后合金电极在1200 mA/g下仍可放电,放电容量为190 mAh/g,高倍率放电能力为61.3%,而原始合金电极、仅进行预处理和化学镀镍处理合金电极在同样放电制度下却不能放电。
(4)通过对以上三种不同处理工艺的比较发现,经过预处理的化学镀对储氢合金电极的电化学性能的改善是最为显著的。另外,KBH4不仅可以作为酸或碱处理的添加剂而改善储氢合金的电化学性能,还可以提高储氢合金化学镀镍的效果。