石墨烯對AB<sub>3</sub>型儲氫合金進行表面改性的方法
【專利摘要】本發明公開了一種石墨烯對AB3型儲氫合金進行表面改性的方法。按目標產物摩爾配比稱取純度在99%以上的金屬粉末,在氬氣保護條件下,采用真空感應熔煉法制備AB3型儲氫合金,將其研碎后過200目篩,制得合金產物;采用化學還原石墨烯氧化物法來制備石墨烯,過濾干燥后,進行研磨得到石墨烯粉末;將石墨烯粉末按1~5%的質量分數與合金產物混合后球磨,球料比20:1,球磨機轉速150~200 rpm,球磨時間0.5~1.0 h,即完成石墨烯對AB3型儲氫合金的表面改性。本發明方法操作簡單,利用石墨烯對AB3型儲氫合金進行改性,獲得了具有良好循環性能的合金電極,且電極的抗腐蝕性能明顯增強。
【專利說明】
石墨烯對AB3型儲氫合金進行表面改性的方法
技術領域
[0001]本發明屬于材料化學以及電化學研究領域,特別涉及一種石墨烯對AB3型儲氫合金 La0.73Ce0.1sMg0.09N13.20A10.2iMn0.10C00.60 進行表面改性的方法。
【背景技術】
[0002]MH/Ni二次電池具有能量高、環境友好、循環壽命長、無記憶效應等優點,廣泛應用于便攜式電氣設備以及混合動力電動車中。為了使MH/Ni電池更加具有市場競爭力,許多研究人員努力嘗試改善負極材料的電化學性能。其中,AB3型儲氫合金以其高放電容量的優勢更具發展前景,但其作為負極材料的循環穩定性和動力學性能有待改善。
[0003]石墨烯是由碳原子以SP2雜化軌道組成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,屬于厚度只有一個碳原子的二維材料。因石墨烯具有優良的導熱性能、良好的電子迀移率、比表面積大以及量子霍爾效應等性質,在能源材料、生物醫藥、化學等諸多領域中發揮重要作用,但鮮有報道將石墨烯添加到MH/Ni電池中。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種石墨烯對AB 3型儲氫合金La0.73Ce0.1sMg0.09N13.20A10.2iMn0.10C00.βο 進行表面改性的方法。
[0005]具體步驟為:
(I)按ΑΒ3型儲氫合金 La0.73Ce0.18Mg0.Q9Ni3.2()Al().2iMn().1()Co().6()摩爾配比稱取純度在99%以上的金屬粉末,在氬氣保護條件下,采用真空感應熔煉法制備AB3型儲氫合金La0.73Ce0.18Mg0.()9Ni3.2()Al().2iMn().1()Co().6(),將其研碎后過 200 目篩,制得La-Mg-Ni基儲氫合金La0.73Ce0.1sMg0.09N13.20A10.2iMn0.10C00.60。
[0006](2)將10 g石墨粉加入到250~300 mL質量百分比濃度為98%的H2SO4中,在冰水浴中攪拌30 min后加入40 g高猛酸鉀,繼續攪拌I h;再移至40 °(1;水浴中繼續攪拌30 min,然后加入蒸餾水將混合液稀釋至900 mL;再加入50?60 mL質量百分比濃度為30%的H2O2,趁熱過濾,濾出物用質量百分比濃度為5%的HCl和去離子水重復洗滌至濾液呈中性,50°C下烘干,制得氧化石墨。
[0007](3)稱取0.5 g步驟(2)制得的氧化石墨,加入200 mL蒸餾水,超聲3 h,80 °C下加入5?8 g NaBH4,得黑色絮狀沉淀物,用無水乙醇與去離子水對其進行反復洗滌,所得產物進行干燥研磨即得到石墨烯粉末。
[0008]( 4 ) 將步驟(I )制得的L a - M g - N i基儲氫合金La0.73Ce0.18Mg0.()9Ni3.2()Al().2iMn().1()Co().6()和步驟(3)制得的石墨稀粉末按照以下重量百分比進行混合:La-Mg-Ni 基儲氫合金 La0.73Ce0.18Mg0.09Ni3.2oAl0.2iMn0.1oCoq.6。為 95?99%,石墨稀粉末為I~5%,二者之和為100%;混合后球磨,球料比20:1,球磨機轉速150?200 rpm,球磨時間
0.5~1.0 h,即完成石墨稀對AB3型儲氫合金 La0.73Ce0.1sMg0.09N13.2oA10.2iMn0.10C00.60 的表面改性。
[0009]本發明方法操作簡單,利用石墨烯對AB 3型儲氫合金La0.73Ce0.18Mg0.09Ni3.20Al0.21Mn0.10Co0.60進行改性,獲得了具有良好循環性能的合金電極,且電極的抗腐蝕性能明顯增強。
【具體實施方式】
[0010]實施例1:
(I )按AB3型儲氫合金 1^0.73060.18]\^().()9附3.2(^1().21]/[11().1()(]0().6()摩爾配比稱取純度在99.9%的金屬粉末,在氬氣保護條件下,采用真空感應熔煉法制備AB3型儲氫合金La0.73Ce0.18Mg0.()9Ni3.2()Al().2iMn().1()Co().6(),將其研碎后過 200 目篩,制得La-Mg-Ni基儲氣合金La0.73Ce0.1sMg0.09N13.20A10.2iMn0.10C00.60。
[0011](2)將10 g石墨粉加入到250 mL質量百分比濃度為98%的出504中,在冰水浴中攪拌30 min后加入40 g高猛酸鉀,繼續攪拌I h;再移至40 °(1;水浴中繼續攪拌30 min,然后加入蒸餾水將混合液稀釋至900 mL;再加入50 mL質量百分比濃度為30%的H2O2,趁熱過濾,濾出物用質量百分比濃度為5%的HCl和去離子水重復洗滌至濾液呈中性,50°C下烘干,制得氧化石墨。
[0012](3)稱取0.5 g步驟(2)制得的氧化石墨,加入200 mL蒸餾水,超聲3 h,80 °C下加入5 g NaBH4,得黑色絮狀沉淀物,用無水乙醇與去離子水對其進行反復洗滌,所得產物進行干燥研磨即得到石墨烯粉末。
[0013]( 4 ) 將步驟(I )制得的L a - M g - N i基儲氫合金La0.73Ce0.18Mg0.()9Ni3.2()Al().2iMn().1()Co().6()和步驟(3)制得的石墨稀粉末按照以下重量百分比進行混合:La-Mg-Ni 基儲氫合金 La0.73Ce0.18Mg().()9Ni3.2()Al().2iMn().1()Co().6()為 99%,石墨稀粉末為1%;混合后球磨,球料比20:1,球磨機轉速150 rpm,球磨時間1.0 h,即完成石墨烯對AB3型儲氫合金 La0.73Ce0.18Mg0.09Ni3.2oAl0.2iMn0.1oCo0.6o 的表面改性。
[0014]實施例2:
(I )按AB3型儲氫合金 1^0.73060.18]\^().()9附3.2(^1().21]/[11().1()(]0().6()摩爾配比稱取純度在99.9%的金屬粉末,在氬氣保護條件下,采用真空感應熔煉法制備AB3型儲氫合金La0.73Ce0.18Mg0.()9Ni3.2()Al().2iMn().1()Co().6(),將其研碎后過 200 目篩,制得La-Mg-Ni基儲氣合金La0.73Ce0.1sMg0.09N13.20A10.2iMn0.10C00.60。
[0015](2)將10 g石墨粉加入到275 mL質量百分比濃度為98%的出504中,在冰水浴中攪拌30 min后加入40 g高猛酸鉀,繼續攪拌I h;再移至40 °(1;水浴中繼續攪拌30 min,然后加入蒸餾水將混合液稀釋至900 mL;再加入55 mL質量百分比濃度為30%的H2O2,趁熱過濾,濾出物用質量百分比濃度為5%的HCl和去離子水重復洗滌至濾液呈中性,50°C下烘干,制得氧化石墨。
[0016](3)稱取0.5 g步驟(2)制得的氧化石墨,加入200 mL蒸餾水,超聲3 h,80 °C下加Mg NaBH4,得黑色絮狀沉淀物,用無水乙醇與去離子水對其進行反復洗滌,所得產物進行干燥研磨即得到石墨烯粉末。
[0017]( 4 ) 將步驟(I )制得的L a - M g - N i基儲氫合金La0.73Ce0.18Mg0.()9Ni3.2()Al().2iMn().1()Co().6()和步驟(3)制得的石墨稀粉末按照以下重量百分比進行混合:La-Mg-Ni 基儲氫合金 La0.73Ce0.18Mg().()9Ni3.2()Al().2iMn().1()Co().6()為 98%,石墨稀粉末為2%;混合后球磨,球料比20:1,球磨機轉速170 rpm,球磨時間50min,即完成石墨稀對AB3型儲氫合金 La0.73Ce0.18Mg0.09Ni3.2oAl0.2iMn0.1oCo0.6o 的表面改性。
[0018]實施例3:
(I )按AB3型儲氫合金 1^0.73060.18]\^().()9附3.2(^1().21]/[11().1()(]0().6()摩爾配比稱取純度在99.9%的金屬粉末,在氬氣保護條件下,采用真空感應熔煉法制備AB3型儲氫合金La0.73Ce0.18Mg0.()9Ni3.2()Al().2iMn().1()Co().6(),將其研碎后過 200 目篩,制得La-Mg-Ni基儲氣合金La0.73Ce0.1sMg0.09N13.20A10.2iMn0.10C00.60。
[0019](2)將10 g石墨粉加入到300 mL質量百分比濃度為98%的出504中,在冰水浴中攪拌30 min后加入40 g高猛酸鉀,繼續攪拌I h;再移至40 °(1;水浴中繼續攪拌30 min,然后加入蒸餾水將混合液稀釋至900 mL;再加入60 mL質量百分比濃度為30%的H2O2,趁熱過濾,濾出物用質量百分比濃度為5%的HCl和去離子水重復洗滌至濾液呈中性,50°C下烘干,制得氧化石墨。
[0020](3)稱取0.5 g步驟(2)制得的氧化石墨,加入200 mL蒸餾水,超聲3 h,80 °C下加入8 g NaBH4,得黑色絮狀沉淀物,用無水乙醇與去離子水對其進行反復洗滌,所得產物進行干燥研磨即得到石墨烯粉末。
[0021]( 4 ) 將步驟(I )制得的L a - M g - N i基儲氫合金La0.73Ce0.18Mg0.()9Ni3.2()Al().2iMn().1()Co().6()和步驟(3)制得的石墨稀粉末按照以下重量百分比進行混合:La-Mg-Ni 基儲氫合金 La0.73Ce0.18Mg().()9Ni3.2()Al().2iMn().1()Co().6()為 95%,石墨稀粉末為5%;混合后球磨,球料比20:1,球磨機轉速200 rpm,球磨時間0.5 h,即完成石墨稀對AB3型儲氫合金 La0.73Ce0.18Mg0.09Ni3.2oAl0.2iMn0.1oCo0.6o 的表面改性。
[0022]用LAND 5.8B電池測試系統和CHI 660E電化學工作站對實施例1、2和3制得的電極進行測試,結果如下:
1)添加1%、2%、5%石墨烯的合金電極的最大放電容量略有下降,但50次循環后的放電容量保持率從原始的63%分別提高到75%、78%和73%;
2)添加2%石墨烯電極的交換電流密度從54mA/g提高到281 mA/g,極限電流密度從512 mA/g提高到1537 mA/g,電極的抗腐蝕性能明顯增強。
[0023]從以上實驗數據可以看出石墨烯能夠有效改善AB3型儲氫合金的性能。
【主權項】
1.一種石墨烯對AB3型儲氫合金進行表面改性的方法,其特征在于具體步驟為: (1)按AB3型儲氫合金La0.73Ce0.18Mg0.Q9Ni3.2θΑ1ο.2?Μηο.1qCoq.6()摩爾配比稱取純度在.99%以上的金屬粉末,在氬氣保護條件下,采用真空感應熔煉法制備AB3型儲氫合金La0.73Ce0.18Mg0.()9Ni3.2()Al().2iMn().1()Co().6(),將其研碎后過 200 目篩,制得La-Mg-Ni基儲氣合金La0.73Ce0.1sMg0.09N13.20A10.2iMn0.10C00.60 ; (2)將10g石墨粉加入到250~300 mL質量百分比濃度為98%的出504中,在冰水浴中攪拌30 min后加入40 g高猛酸鉀,繼續攪拌I h;再移至40 °(1;水浴中繼續攪拌30 min,然后加入蒸餾水將混合液稀釋至900 mL;再加入50?60 mL質量百分比濃度為30%的H2O2,趁熱過濾,濾出物用質量百分比濃度為5%的HCl和去離子水重復洗滌至濾液呈中性,50°C下烘干,制得氧化石墨; (3)稱取0.5g步驟(2)制得的氧化石墨,加入200 mL蒸餾水,超聲3 h,80 °C下加入5?.8 g NaBH4,得黑色絮狀沉淀物,用無水乙醇與去離子水對其進行反復洗滌,所得產物進行干燥研磨即得到石墨烯粉末;(4)將步驟(I)制得的La-Mg-Ni基儲氫合金La0.73Ce0.18Mg().()9Ni3.2()Al().2iMn().1()Co().6()和步驟(3)制得的石墨烯粉末按照以下重量百分比進行混合:La-Mg-Ni基儲氫合金.1^0.7306().18]\%().()9附3.2(^1().2通加.1()(:0().6()為95~99%,石墨烯粉末為1~5%,二者之和為.100%;混合后球磨,球料比20:1,球磨機轉速150?200 rpm,球磨時間0.5?1.0 h,即完成石墨稀對AB3型儲氫合金 La0.73Ce0.18Mg0.09Ni3.2oAl0.2iMn0.1oCo0.6o 的表面改性。
【文檔編號】H01M4/38GK105886839SQ201610401757
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月9日
【發明人】黃紅霞, 謝文強, 于文婉, 王新穎
【申請人】桂林理工大學