机械合金化条件对储氢材料Mg63Ni30Y7微观结构和电化学特性的影响

在可充电电池应用领域，金属间化合物Mg2Ni（形成Mg2NiH4氢化物）可作为一种储氢材料而受到越来越大的关注。理论上讲，H元素质量分数占到Mg2NiH4氢化物的3.6%，其电池放电能力应达到1000mAh/g，但实际上只有8mAh/g，这主要是Mg2Ni晶粒表层快速形成的氢化物层严重阻碍了氢原子扩散。而通过机械合金化的方法制备非晶态和纳米晶粉末可以极大提高氢扩散能力，增强其氢化—去氢化反应动力。文章以Mg2Ni和稀土金属Y为实验材料，在不同机械合金化条件下，包括不同的研磨机类型、研磨周期、研磨温度等，研究了合金化粉末的化学成分、微观结构和形态、热稳定性以及电特性等。结果显示：采用SPEX 8000系列高能研磨机制备的合金化粉末具备纳米晶相—非晶相相间的微观结构，阳极极化曲线显示出更高电流密度13-18mA/g，充放电测试曲线显示出具备更高的最大放电能力247mAh/g，所需研磨周期更短（第二个循环），且无需液氮冷冻辅助研磨；而Retsch PM 4000行星式研磨机制备的合金化粉末主要由非晶相组成，无纳米晶生成，阳极极化曲线显示其电流密度仅为3mA/g，需要更长的研磨周期（第五个循环）获得最大的放电能力216mAh/g，且每个周期间隔需要对研磨罐进行液氮冷却处理。