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摘 要

镁基储氢合金具备价格低廉、储氢量大、资源丰富和对环境友好等优点，受到国内外的广泛关注。但是镁基储氢合金吸/放氢动力学性能差，而且在碱液中易被腐蚀，最终导致实际放电容量与理论值相差较大，循环稳定性差，难以在储氢电化学领域应用。

本课题针对镁基储氢合金在碱性电解质中易腐蚀的问题，提出结合高能球磨与烧结工艺，将Ge部分取代Mg₂Ni中的Mg，制得一种新型的Mg-Ge-Ni储氢电极合金，提高电极的循环稳定性。同时，针对Mg-Ge-Ni体系动力学性能不佳的问题，通过添加纳米Ni粉进行改性。研究纳米Ni不同添加量对Mg-Ge-Ni体系结构和电化学性能的影响。电化学测试结果表明：添加适量的Ni，样品的放电容量和动力学性能得到显著提高。Ni既可降低电极在放电过程中的极化程度，又能提高电极合金的电化学脱氢性能。

关键词：Mg-Ge-Ni三元合金 纳米Ni 机械球磨 电化学性能

ABSTRACT

Mg-based hydrogen storage alloy has the advantages of low price, large amount of hydrogen storage, rich resources and environmental friendliness, which has been widely studied at home and abroad. However, the poor cycle stability and electrochemical kinetics of the alloy electrode are the main constraints on the application of Ni/MH batteries, which is caused by the pulverization and corrosion of the electrode during the repeated charge-discharge process in strong alkaline solution.

In order to improving the anti-corrosion performance of the alloy electrodes in an essential way, Ge as a carbon group element was introduced into Mg₂Ni alloy to partially substitute Mg to fabricate ternary Mg-Ge-Ni electrode alloy by combining high energy ball-milling and sintering. Meanwhile, Ni was added as catalytic agent during the ball milling process to further modify the poor electrochemical kinetics of Mg-Ge-Ni system. The influence of Ni adding content on the structure and electrochemical properties of the Mg-Ge-Ni system was studied. The electrochemical results indicate that the maximum discharge capacity and electrochemical kinetics of the electrodes are improved obviously by adding appropriate amount of Ni. Therefore, Ni can decrease the polarization and improve electrochemical dehydrogenation performance of the alloy electrode during the discharge process.

KEYWORDS： Mg-Ge-Ni ternary alloy; Nano nickel; Mechanical milling; Electrochemical performance

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

1.1引言 1

1.2 镍氢电池（Ni/MH）的工作原理 1

1.3 储氢电极合金及其分类 2

1.3.1 AB₅型合金 3

1.3.2 AB₂型合金 4

1.3.3 A₂B₇型和AB₃型RE-Mg-Ni基合金 4

1.3.4 Ti-V基合金 5

1.3.5 镁基合金 6

1.4 储氢电极合金改性方法 7

1.4.1 表面处理 7

1.4.2 纳米化/非晶化 7

1.4.3 材料复合 7

1.4.4 元素取代 8

1.5 课题提出与研究内容 8

第二章 实验内容与方法 10

2.1 实验原料 10

2.2 制备工艺 10

2.2.1 球磨预处理工艺 10

2.2.2 粉末烧结 10

2.2.3 Mg-Ge-Ni 纳米Ni复合体系的制备 11

2.3 材料成分、结构表征 11

2.3.1 材料成分分析 11

2.3.2 材料结构表征 11

2.4 电化学测试 11

2.4.1 工作电极制备 11

2.4.2 电化学测试 12

2.4.3电化学研究参数 12

第三章 加纳米镍球磨对Mg-Ge-Ni体系结构与电化学性能的影响 15

3.1引言 15

3.2 样品的处理 15

3.3 Mg-Ge-Ni 纳米Ni复合体系的结构表征 15

3.4 Mg-Ge-Ni 纳米Ni复合体系的电化学性能 16

3.5 本章小结 22

第四章 结论与展望 23

4.1 结论 23

4.2 展望 23

参考文献 25

致 谢 30

第一章 文献综述

1.1引言

能源在经济快速增长的现代社会，是人民生活的重要基础，而传统能源（如煤、石油、天然气等）的低效利用与自然环境的恶化，使得能源利用高效化和新能源开发成为国家发展的重大课题。由于氢在储量、环保和可逆性等方面有较大的优势，因而需深入研究。

发展清洁电动汽车，节能混合动力汽车和分布式储能站是缓解这些问题的有效方式。可靠的电池是能量转换和储存设备的重要载体。如铅酸性、镍镉、镍氢、和锂电池，这些可充电电池，现在已经被广泛的发展和应用。在这些电池中，锂电池有相对较高的能量密度，但对电动汽车来说，它们作为能量载体还是存在着安全危害。镍氢电池有较高的功耗，充放电耐受性，环境兼容性和安全性等，这些使得镍氢电池适合用作便携式电力工具和节能混合动力汽车，尽管其能量密度与锂电池相比较低^[1]。

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