光催化剂/贮氢合金电极的制备及其光充电与电化学性能

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本文制备了Ti掺杂的ZnO光催化剂、尖晶石型CuAl2O4光催化剂和Cu基复合氧化物,并用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对其进行了结构表征。用上述化合物掺杂AB5型贮氢合金制备了TZMH、CAMH、CMH电极,用Ti掺杂ZnO、CuAl2O4对贮氢合金电极进行表面修饰制备了TZ/MH和CA/MH电极。使用chi660b电化学工作站、IM6电化学测试系统、力兴电池测试系统和LAND电池测试系统等仪器,测试了TZ/MH和CA/MH电极的光充电性能、交流阻抗特性、阶跃电位曲线,以及TZMH、CAMH、CMH电极的活化、循环及高倍率充放电等电化学性能,并与AB5合金电极作了比较。具体工作和结果如下: 用燃烧合成法制备了Ti掺杂的ZnO(记为xTi-ZnO,x=0.1,0.2,0.3)复合氧化物光催化剂,XRD分析表明其晶粒平均直径在20nm左右。SEM检测表明其颗粒为微米级,由纳米级薄片团聚而成。用0.3Ti-ZnO与AB5型贮氢合金超声溶胶混合的掺杂方法制备了TZMH,对贮氢合金电极进行表面修饰制成TZ/MH电极。结果表明,TZ/MH电极在光充电时放电容量较低,但外加小电流可以改善其光充电性能。紫外光照时,TZ/MH电极的阶跃电位测试响应电流大于无光照的响应电流,其电化学反应阻抗小于无光照时的阻抗。与AB5合金电极相比,TZMH电极的活化性能和0.2 C放电容量有所降低,1 C循环容量保持率提高,1C循环100次时放电中值电压有所降低。 用溶胶凝胶法制备了分散良好、粒径分布均匀、晶粒直径为15~25nm 的尖晶石型CuAl2O4粉末。用CuAl2O4与AB5型贮氢合金超声溶胶混合的掺杂方法制备了CAMH,对贮氢合金电极进行表面修饰制成CA/MH电极。CA/MH电极光充电后放电容量为0.187 mAh·g-1,加以辅助电流后放电容量为0.499 mAh·g-1。与AB5合金电极相比,CAMH电极的电化学反应阻抗变化不大,光照有利于其电化学反应的顺利进行;CAMH电极的活化性能和0.2 C放电容量有所下降,光照可改善其活化性能,提高放电容量;CAMH电极1 C循环50次后容量保持率在90%以上,高倍率放电性能也得到改善。 使用均匀沉淀法制备了Cu基复合氧化物,沉淀混合物在不高于500℃下煅烧的产品结晶度较低,300℃煅烧产品主要成分为CuO,400和500℃煅烧产品的晶体为CuAl2O4。上述晶体平均粒径为25.06、9.03和12.28nm。用Cu基复合氧化物粉末掺杂AB5型贮氢合金制备了CMH电极。EIS和阶跃电位测试结果表明,CMH电极的电化学反应阻抗比AB5合金电极大,氢在CMH表面的扩散速度远大于其在AB5合金表面的扩散速度。与AB5贮氢合金电极相比,CMH电极的活化性能有所下降,0.2 C放电容量稍有降低,但其1 C循环性能和1 C、2 C、5 C高倍率放电性能均得到改善。
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