Skip to main content
SUPERVISOR
Kaivan Raissi,Ahmad Saatchi,Mohammad Hossei Enayati
کيوان رئيسي (استاد راهنما) احمد ساعت چي (استاد راهنما) محمدحسين عنايتي (استاد مشاور)
 
STUDENT
Forough Dehghani
فروغ السادات دهقاني

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Investigation on Mg-Ni Alloy as Hydrogen Storage Material and the Effect of Alloy Element on its Properties
Investigation on Mg - Ni Alloy as Hydrogen Storage Material and the Effect of Alloy Element on its Properties Mg and Mg-based alloys have been considered as the negative materials in nickel/metal-hydride (Ni/MH) batteries because of high hydrogen storage capacity, light weight and low cost. However, their poor kinetic and low cyclic life makes a wide study necessary. Unlike the recent AB 5 -type and AB 2 -type hydrogen storage alloys such as LaNi 5 and ZrMn 2 , nanocrystalline Mg-based alloys provide the highest initial discharge capacity with no need to activation process. Initial discharge capacity and kinetic of charge and discharge can be improved by increasing the lattice defects, creating fresh surfaces and refining the grains for example through mechanical alloying (MA). In this paper, the effect of substitution of Ni in Mg 2 Ni alloy compound with Co was studied. The nominal Mg 2 Ni 1-x Co x (x=0, 0.1, 0.2, 0.3) alloys were synthesized by two method of MA. The speed of process and the ball-to-powder weight ratio were selected 500 rpm and 20:1, respectively. In method 1, adding Co to Ni and Mg powder at the first moments of MA process was led to the formation of some new phases (such as Mg 2 Co, MgCo 2 ) instead of a complete substitution. But, in method 2, powder of Co was added after formation of Mg 2 Ni phase and was milled again for 30 hours. In this way, the most of Co atoms dissolved in Mg 2 Ni lattice. Characterization of powder was carried out by SEM, TEM and X-ray diffractometer. Electrochemical measurements were used to evaluate the effects of Co substitution on storage capacity, cyclic life and kinetic of adsorbsion/desorption of Mg 2 Ni. The results showed that adding Co by method 1 causes to decrease hydrogen storage capacity, but improves cyclic life. Because, cobalt oxide serves as a protective film on the alloy surface, prevents the electrode from further corrosion in KOH solution and enhances the cycle performance. In contrast, adding Co by method 2 increase hydrogen storage capacity. Dissolved Co atoms in this method led to increase the lattice parameter. So, the diffusion rate of hydrogen in bulk of alloy improved and discharge capacity increased. The surface of the alloy particles after 8th charge/discharge cycle changes from smooth to rough. The kinetic of reactions was also characterized by electrochemical impedance spectroscopy
چکيده آلياژ Mg 2 Ni يکي از پر کاربردي ترين آلياژهاي ذخيره کننده هيدروژن در آند باتريهاي Ni - MH است. در سالهاي اخير بهبود عملکرد اين آلياژ توجه بسياري از محققين را به خود جلب کرده است. در پژوهش حاضر سعي شده با جايگزيني عنصر کبالت به جاي نيکل در حين فرآيند آسياب کاري خواص الکتروشيميايي اين آلياژ بهبود داده شود. ابتدا آلياژ تک فاز Mg 2 Ni ، از 50 ساعت آسياب کاري پودرهاي منيزيم و نيکل با نسبت استوکيومتري ساخته شد و خواص الکتروشيميايي آن از جمله ظرفيت دشارژ و پايداري سيکل مورد بررسي قرار گرفت. سپس به منظور بررسي تأثير مقادير مختلف کبالت بر عملکرد اين آلياژ، آلياژهاي اسمي (3/0و2/0،1/0=X) Mg 2 Ni 1-X Co X ساخته شد. براي ساخت اين آلياژها، در روش اول مقادير استوکيومتري از کبالت، منيزيم و نيکل تحت شرايطي مشابه با آلياژ پايه به مدت 50 ساعت مورد آسياب کاري قرار گرفت. در روش دوم مقادبر مختلف کبالت پس از ايجاد فاز Mg 2 Ni ( طي 50 ساعت آسياب کاري) به مخلوط اضافه شده و 30 ساعت ديگر آسياب کاري شد. به منظور بررسي اثر جانشيني کبالت و همچنين برطرف کردن اثر زمان آسياب کاري، آلياژ پايه نيز 30 ساعت بيشتر آسياب کاري شد تا عملکرد آن با آلياژهاي حاوي کبالت تهيه شده به روش دوم مقايسه شود. در آلياژهاي حاوي کبالت که به روش اول تهيه شدند، فازهاي ثانويه Mg 2 Co و MgCo 2 شناسايي شد. اين فازها به دليل سينتيک تشکيل سريعتر نسبت به فاز Mg 2 Ni تشکيل شدند. همچنين جابجائي محسوسي نيز در پيک هاي فاز Mg 2 Ni مشاهده نشد. در واقع انحلال کبالت در آلياژ که هدف اصلي بود، تامين نشد. در آلياژهايي که به روش دوم تهيه شده بودند، هيچ فاز ثانويه و نامطلوبي ديده نشد و جابجايي پيک هاي فاز Mg 2 Ni به صورت محسوس و قابل قبول مشاهده شد که بيانگر انحلال کبالت در اين فاز بود. ساختار آلياژهاي پايه تهيه شده به دو روش توسط ميکروسکوپ الکتروني عبوري مورد مطالعه قرار گرفت. ساختار هر دو آلياژ مرکب از ساختارهاي نانوکريستالي و آمورف بود، تنها با اين تفاوت که کريستالهاي آلياژ تهيه شده به روش دوم ريزتر و از توزيع يکنواخت تري برخوردار بود. به منظور بررسي خواص الکتروشيميايي آلياژها، پودرها تحت پرس سرد قرار گرفتند و به صورت الکترودهاي کاري در يک سلول الکتروشيميايي سه الکترودي تحت آزمون هاي شارژ و دشارژ سيکلي، طيف سنجي امپدانس الکتروشيميايي و پلاريزاسيون آندي قرار گرفتند. نتايج نشان داد که کبالت در آلياژهاي تهيه شده به روش اول منجر به کاهش ظرفيت دشارژ شده ولي پايداري سيکل آلياژ را بهبود مي بخشد. در آلياژهاي تهيه شده به روش دوم، حضور کبالت موجب افزايش ظرفيت دشارژ و کاهش پايداري سيکل شد. نتايج آزمون امپدانس الکتروشيميايي نشان داد که افزودن کبالت به روش اول تاثير محسوسي بر فرآيند نفوذ هيدروژن در بالک الکترود نداشته اما منجر به کند شدن فرايند انتقال بار شده است. اين در حالي است که افزودن کبالت به روش دوم موجب تسريع هر دو فرايند نفوذ

ارتقاء امنیت وب با وف بومی