[发明专利]一种兼具高容量和长寿命的AB4.5

说明书

本发明涉及一种兼具高容量和长寿命的镍氢电池用储氢合金及其制备方法。通过调控AB₅型储氢合金的化学计量比和Mg含量，实现Mg对合金内部Ni原子的准确替代。采用密度泛函理论方法，即DFT方法，对合金设计的合理性进行了验证。本发明在该理论的指导下，设计并制备了兼具高容量和长寿命的AB_4.5型储氢合金，所制备的合金容量达到326.7mAh g^‑1，循环寿命为928次，接近传统商用储氢合金的2倍。该发明通过提高储氢合金的循环寿命达到了节约成本的目的，同时提高了合金的容量，有望实现其在镍氢电池中的应用。

技术领域

本发明属于高性能储氢合金技术领域。

背景技术

由于新型储能器件，如锂离子电池，超级电容器等的不断发展，开发高性能的储氢合金才能不断提升镍氢电池的市场竞争力，尤其是合金的放电容量和循环寿命有待提高。根据我们最近的研究结果，影响储氢合金循环寿命的主要因素是元素的电负性，比如，采用高电负性的Y部分替代储氢合金中的La可以使合金的循环寿命得到显著改善。但是，高容量和长的循环寿命却无法兼具，这是由于电负性越高，金属越难失去电子形成稳定的金属氢化物，从而表现出较低的放电容量。

本发明为了提高储氢合金的放电容量，采用低电负性的吸氢元素来替代高电负性的元素。 Mg具有较低的电负性、低的原子量、高的储氢容量和与Ni原子相似的原子半径等特点，成为替代合金中Ni的位置的最佳选择。我们利用DFT模拟的方法计算了一个Mg原子分别替代LaNi₅合金中不同结构位置的La或Ni原子时体系的优化结果及其相应的能量。本发明基于上述结果，设计了兼具高容量和长寿命的储氢合金La_0.62Mg_0.08Ce_0.2Y_0.1Ni_3.25Co_0.75Mn_0.2Al_0.3，其容量达到326.7mAh g^-1，循环寿命为928次，接近传统商用储氢合金的2倍。

发明内容

本发明涉及一种兼具高容量和长寿命的AB_4.5型储氢合金及其制备方法。通过改变合金的化学计量比和Mg的含量，实现了Mg对合金内部的Ni原子进行精准替代，并在此基础上制备了一种兼具高容量和长寿命的AB_4.5型储氢合金。在半电池测试条件下，所制备合金的容量达到326.7mAh g^-1，相比于商用储氢合金要高出10mAh g^-1，其循环寿命为928次，高于商用储氢合金的560次，实现了同时提高储氢合金容量和循环寿命的目的。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的，具体内容如下：

氢在CaCu₅型储氢合金中占据的位置是四面体间隙[La₂Ni₂]和八面体间隙[La₂Ni₄]。根据我们以前的研究，高电负性元素可以提高合金的抗腐蚀性能，从而提高了合金的循环稳定性。但是，高电负性元素也会形成较弱的金属氢键，这是由于四面体和八面体间隙中的平均元素电负性降低了，进而降低了氢的存储容量。