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基本信息

項目名稱：
熔鹽電脫氧法制備儲氫材料ZrMn2合金的研究
小類：
能源化工
簡介：
根據(jù)制備AB2型儲氫合金的發(fā)展現(xiàn)狀，首次提高出了一種操作簡單、能耗低，綠色環(huán)保的新型AB2型儲氫合金的制備技術(shù)，即熔鹽電脫氧技術(shù)制備儲氫材料ZrMn2合金。采用電脫氧技術(shù)，在900℃的CaCl2熔鹽中，采用恒電壓電解，成功地制備了ZrMn2合金。該方法制備錫基合金，具有工藝簡單、快速，無廢棄物排放，綠色環(huán)保等優(yōu)點，且得到粉末狀合金，可以直接作為鎳氫電池的電極材料。
詳細(xì)介紹：
AB2型儲氫合金作為目前應(yīng)用最廣泛的儲氫合金之一，具有活化容易、高倍率放電性能好、電催化活性好等特點。根據(jù)制備AB2型儲氫合金的發(fā)展現(xiàn)狀，首次提高出了一種操作簡單、能耗低，綠色環(huán)保的新型AB2型儲氫合金的制備技術(shù)，即熔鹽電脫氧技術(shù)制備儲氫材料ZrMn2合金。該技術(shù)的核心是將混合金屬氧化物粉制成陰極并在低于熔鹽分解的電壓下電解，其間金屬氧化物被電解還原并合金化，氧離子進(jìn)入熔鹽并遷移至陽極放電，在陰極則留下純凈的金屬合金。 采用電脫氧技術(shù)，在900℃的CaCl2熔鹽中，以燒結(jié)后的ZrO2-MnO2片體為陰極，高密度石墨碳棒為陽極，采用恒電壓電解，成功地制備了ZrMn2合金。研究了燒結(jié)溫度、電解電壓及電解時間對電解過程的影響。采用電子掃描顯微鏡(SEM)分析了樣品電解前后的微觀形貌；采用X射線衍射儀(XRD)分析了電解產(chǎn)物的相組成。采用循環(huán)伏安法測試了制備的ZrMn2合金的電化學(xué)活性。結(jié)果表明：經(jīng)900℃燒結(jié)的氧化物片，在3.1V電壓下電解15小時，可制備出純相的ZrMn2合金粉末。燒結(jié)溫度越高，試樣的孔隙率越低，顆粒越大，電解速率越慢，產(chǎn)物的顆粒越大。電解電壓越高，電脫氧反應(yīng)速率越快。所制備的ZrMn2合金粉末表現(xiàn)出良好的電化學(xué)活性。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

設(shè)計該項目的目的：研究開發(fā)一種新型低成本、環(huán)境友好的ZrMn2合金制備工藝。 基本思路：采用電脫氧技術(shù)，在900℃的CaCl2熔鹽中，以燒結(jié)后的ZrO2-MnO2片體為陰極，高密度石墨碳棒為陽極，采用恒電壓電解，成功地制備了ZrMn2合金。研究燒結(jié)溫度、電解電壓及電解時間對電解過程的影響，優(yōu)化其制備工藝。以微孔電極為工作電極，采用循環(huán)伏安法測試制備的ZrMn2合金的電化學(xué)活性。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

(1) 首次采用熔鹽脫氧法，以金屬氧化物混合物為原料，直接制備ZrMn2儲氫合金粉末，該方法具有工藝簡單、無廢棄物排放、綠色環(huán)保等優(yōu)點，且得到粉末狀合金，可以直接作為鎳氫電池的電極材料。 (2) 研究ZrMn2合金的形成過程，發(fā)展熔鹽脫氧法制備AB2儲氫合金技術(shù)和研究其合成機(jī)理，為實現(xiàn)AB2型儲氫合金合金的可控制備提供理論指導(dǎo)。 (3) 首次采用微孔電極研究了ZrMn2合金的電化學(xué)性能。

應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義

采用熔鹽電解法制備出均勻的、組成單一的ZrMn2合金。該具有工藝簡單、快速，無廢棄物排放，綠色環(huán)保等優(yōu)點，且得到粉末狀合金，可以直接作為Ni－MH電池的電極材料。所制備的合金材料表現(xiàn)出良好的電化學(xué)活性。本課題研究成果在電池領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，對儲氫合金的研究與制備有著重要的指導(dǎo)意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

采用電脫氧技術(shù)，在900℃的CaCl2熔鹽中，以燒結(jié)后的ZrO2-MnO2片體為陰極，高密度石墨碳棒為陽極，采用恒電壓電解，成功地制備了ZrMn2合金。研究了燒結(jié)溫度、電解電壓及電解時間對電解過程的影響。采用電子掃描顯微鏡(SEM)分析了樣品電解前后的微觀形貌；采用X射線衍射儀(XRD)分析了電解產(chǎn)物的相組成。采用循環(huán)伏安法測試了制備的ZrMn2合金的電化學(xué)活性。結(jié)果表明：經(jīng)900℃燒結(jié)的氧化物片，在3.1V電壓下電解15小時，可制備出純相的ZrMn2合金粉末。燒結(jié)溫度越高，試樣的孔隙率越低，顆粒越大，電解速率越慢，產(chǎn)物的顆粒越大。電解電壓越高，電脫氧反應(yīng)速率越快。所制備的ZrMn2合金粉末表現(xiàn)出良好的電化學(xué)活性。

獲獎情況

無

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

Ni－MH二次電池是目前廣泛使用的便攜式能源之一。電極材料是Ni－MH電池的重要組成部分，特別是負(fù)極材料-儲氫合金用量大，價格高，是影響電池性能和生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素，因此研究開發(fā)新型高性能、低成本負(fù)極材料制備工藝是Ni－MH電池研究開發(fā)工作的重要內(nèi)容，一直倍受人們的重視。 AB2型儲氫合金作為目前應(yīng)用最廣泛的儲氫合金之一，具有活化容易、高倍率放電性能好、電催化活性好等特點。目前，儲氫合金的制備方法主要采用傳統(tǒng)的熔煉法，該工藝雖然較成熟，但存在工藝復(fù)雜、能耗高、合金成分不易控制、粉末形狀不規(guī)則等缺點。近些年，出現(xiàn)了一些制備儲氫合金的新方法，如機(jī)械合金法、化學(xué)合成法、氫化燃燒法、電化學(xué)還原等。其中直接從金屬氧化物電脫氧制備合金，即電脫氧法是目前備受關(guān)注的一種新型制備金屬或合金的方法，最為著名的是英國劍橋大學(xué)的FFC工藝。 　　FFC工藝核心是將混合金屬氧化物粉制成陰極并在低于熔鹽分解的電壓下電解，其間金屬氧化物被電解還原并合金化，氧離子進(jìn)入熔鹽并遷移至陽極放電，在陰極則留下純凈的金屬合金。該方法以混合金屬氧化物粉為原料經(jīng)一步電解即可得到金屬合金粉末，不僅縮短了工藝流程，也減少了能耗和環(huán)境污染，從而可大幅度地降低稀土合金的制備成本；與此同時，由于混合氧化物的組成（制樣）和還原程度（電解電壓和時間）易于調(diào)控，很適合功能材料的制備。 目前采用該方法已成功制備出Ti、Ni、Nb、Cr、Nb3Sn、TbFe2、TbNi5及 LaNi5等金屬或合金。與傳統(tǒng)制備方法相比，該技術(shù)具有以下優(yōu)點：(1) 大大降低了生產(chǎn)成本，以鈦為標(biāo)準(zhǔn)計算，大約降低50％；(2) 大大降低了產(chǎn)物中的氧含量，可得到很純的金屬或金屬合金；(3) 工藝生產(chǎn)周期短；(4) 該工藝可用于多種加工難、成本高、活性強(qiáng)的金屬；(5) 該工藝制備金屬合金，合金成分易控制，晶型均一；(6)該工藝可直接制備出粉末狀金屬或合金。(7) 該工藝中的副產(chǎn)品只有陽極析出的氣體，為純氧氣(惰性陽極)或CO和CO2的混合氣體(石墨陽極)，易于控制，無污染。由于FFC工藝具有以上優(yōu)點，滿足了AB2型儲氫合金要求合金成分穩(wěn)定、試樣易破碎成不同尺寸的粉末等特點。采用該方法制備AB2型儲氫合金材料具有規(guī)?；a(chǎn)和發(fā)展的前景。
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