我院陈云贵、王尧团队近期在化工领域著名期刊《Chemical Engineering Journal》上发表了题为“Unraveling the synergistic effects and mechanisms of nano-carbon modification on metal hydride alloys for enhanced electrochemical performance in energy storage applications”的研究论文。该文章第一作者为博士研究生李金池，通讯作者为四川大学新能源与低碳技术研究院陈云贵教授和王尧副研究员。
图文摘要
贮氢合金电极耐腐蚀能力与电化学动力学之间的矛盾关系严重阻碍了贮氢合金在镍氢电池的应用。在本研究中，我们作者成功地在AB5型贮氢合金表面包覆了一层纳米碳层，以实现贮氢合金电极同时具有优异高倍率放电能力、低温性能和循环稳定性。合金表面的纳米碳层不仅可以提高表面导电性，还可以向金属转移电子，导致合金处于还原状态，以减轻合金的氧化。因此，与纯合金电极相比，碳包覆合金电极表现出优异的电化学性能。在4.5 A g−1的放电电流密度下，碳包覆合金电极的放电容量为247.21 mAh g−1，是纯合金电极（104.12 mAh g−1）的2.37倍。此外，碳包覆合金电极在−40°C下的放电容量达到了250.85 mAh g−1。更重要的是，这些碳包覆合金电极表现出卓越的循环性能。这项研究为得到高功率、低温和长循环的镍氢电池提供了一种很有前途的解决方案。
图文导读
图1.由贮氢合金M制备碳包覆电极M@NC-900的示意图。
图2. M和M@NC-900的XRD图谱（a）。M和M@NC-900（b）的TGA曲线。M（c）和M@NC-900（d）的SEM图像。M@NC-900（e）的TEM图像。M@NC-900（f）的HRTEM图像。
图3. M@NC-900的EDS图谱（a）。Ni、Co、Mn、C、La和Ce（b）的EDS图谱的表面组成表征。合金碳化前后的Ni 2p（C）和La 3d（d）XPS光谱。
图4. M和M@NC在20°C（a）、-20°C（b）和-40°C（C）下的放电曲线。（d） 放电容量和中间放电平台电位与温度的关系。
图5.（a）不同样品在1C下的循环性能。（b） 1C时的初始放电容量、最终放电容量和放电容量保持率（S100）。M（c）和M@NC-1000（d）在100次循环后的SEM图像。
图6. M和M@NC-900的极化电势和能量效率（a）。M和M@NC-900（b）的充电/放电曲线。M@NC-900（c）的V～I相关性和功率输出。M@NC-900（d）软包电池示意图。
图7（a，b）给出了相应的HSAs模型。（c） M和M@N的差分电荷密度图，其中黄色区域分别表示电子密度的增加，绿色区域表示电子密度下降。（d） LaNi5和LaNi5@NC-900的羟基吸附能。正值越大，表明抗氧化能力越好。（e）合成的M和M@NC合金的结构变化和协同效应示意图。
文章信息
原文链接
http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4449399
部分作者介绍
第一作者
四川大学新能源与低碳技术研究院博士研究生李金池
通讯作者
王尧，四川大学新能源与低碳技术研究院，特聘副研究员
陈云贵，四川大学新能源与低碳技术研究院，教授
氢能与化学电源团队
本团队主要围绕氢能、燃料电池、化学电源，开展关键材料合成与制备、器件开发与设计的基础前沿和应用研究、及工程化应用。团队研发的宽温区镍氢电池、钒钛基储氢合金等技术已成功实现产业化。目前在重点攻关新型储氢材料、储氢系统设计与集成、燃料电池钛双极板、固态锂离子电池、镁离子电池、高效低铂/无铂催化剂等技术。
