Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Saatchi,Mohammad Hossei Enayati,Kaivan Raissi
احمد ساعت چي (استاد راهنما) محمدحسين عنايتي (استاد مشاور) کيوان رئيسي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Akramn Shahcheraghy
اکرم شاه چراغي

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Production of nano structure Mg-Ni alloy as a hydrogen storage material and the effect of nano oxide particles on its properties
Investigation on nano structure Mg-Ni alloy as hydrogen storage material and the effect of nano oxide particle on its properties The effects of TiO 2 additive on the electrochemical hydrogen storage properties of Mg 2 Ni alloy as anode in nickel-metal hydride batteries were investigated. Mg 2 Ni alloy was prepared through mechanical alloying. The metal powders of Mg and Ni elements mixed in a planetary ball-mill for 50 h under an argon protective atmosphere. Mg to Ni atomic ratio was 2:1. The rotational speed during the ball milling was 500 rpm and the ball-to-powder weight ratio was 20:1. Mg 2 Ni– x TiO 2 ( x = 1.5, 3, 5 and 10 wt %) composites were also produced by ball-milling of produced Mg 2 Ni and different amounts of TiO 2 powders for 2 h, by similar process described above. The crystalline structure and surface configuration of the produced alloys were characterized by means of X-ray diffractometer (XRD), transmission electron microscope (TEM) and scanning electron microscope (SEM), respectively. The produced alloy and composites were demonstrated as the particles with nanocrystalline/amorphous structure. The XRD pattern and crystalline size (6 nm) have not been changed by introducing TiO 2 particles. The result of the TEM images had a good agreement with XRD result. Irregular coarse particles that are usually formed during the continuous deformation and cold-welding through ball-milling process were seen in SEM images. The electrochemical technique used to determine the discharge capacity and cycle stability was galvanostat test in 6 M KOH electrolyte at 298?K. The first-cycle discharge capacities of the samples with 0, 1.5, 3, 5 and 10 wt% TiO 2 were 62, 26, 27, 80 and 66 mAh/g, respectively. The result showed that the TiO 2 addition exerts no systematic effect on discharge capacity. Adding of 5, 10 wt%TiO 2 increase the discharge capacity. On the other hand, 1.5, 3 wt%TiO 2 reduce it. The cycle stability of Mg 2 Ni has not been affected by TiO 2 addition. The peaks of Mg(OH) 2 confirm the formation of hydroxide layer on the alloy surface due to charge/discharge cycles and the subsequent loss of cycle performance. The smooth surface of alloy particles has changed to a rough one after the charge/discharge cycling indicate the pulverization of this alloy due to the expansion and contraction of cell volume during charge/discharge. The charge/discharge kinetics of electrodes was studied by using anodic polarization and electrochemical impedance spectroscopy techniques. The results showed that the exchange current density of hydrogen reaction was increased by the presence of 5, 10 wt%TiO 2 , while adding 1.5, 3 wt%TiO 2 reduced
چکيده در اين پژوهش اثر اکسيد فلزي TiO 2 بر خواص الکتروشيميايي آلياژ Mg 2 Ni ذخيره کننده ي هيدروژن که به عنوان آند در باتري هاي نيکل- هيدريد فلزي استفاده مي شود، بررسي شده است. به منظور توليد نمونه ها از فرايند آلياژ سازي مکانيکي استفاده شد. زمان بهينه جهت توليد آلياژ Mg 2 Ni با نسبت اتمي منيزيم به نيکل 2 به 1، نسبت گلوله به پودر 20 به 1 و سرعت آسياب کاري rpm500 در آسياب گلوله اي سياره اي 50 ساعت بود. توليد کامپوزيت هاي Mg 2 Ni– x TiO 2 نيز به کمک فرايند آسياب کاري با افزودن مقادير مختلف اکسيد تيتانيم به آلياژ Mg 2 Ni و به مدت 2 ساعت انجام شد. مشخصه يابي نمونه ها و تعيين ريزساختار آن ها توسط آزمون پراش اشعه ايکس(XRD)، ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) و ميکروسکوپ الکتروني روبشي(SEM) انجام شد. نتايج نشان داد که ساختارهاي به دست آمده معرف ساختار نانوکريستالي-آمورف با اندازه ي دانه ي nm 6 است و افزودن مقادير مختلف TiO 2 تاثيري بر شدت پيک ها و اندازه دانه hy;ي نمونه Mg 2 Ni نداشته است. آزمون الکتروشيميايي گالوانواستات به منظور تعيين ظرفيت دشارژ به کار گرفته شد. بررسي پايداري سيکل هاي شارژ/دشارژ هيدروژن نيز به کمک آزمون گالوانواستات در طي هشت سيکل شارژ/دشارژ مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاکي از آن است که افزودن مقادير 5 و wt%TiO 2 10به آلياژ Mg 2 Ni باعث افزايش ظرفيت دشارژ اوليه ي الکترود شده است، اين در حالي است که افزودن مقادير 5/1 و wt%TiO 2 3 باعث کاهش ظرفيت دشارژ اوليه شده است. هيچ يک از اين مقادير تاثيري بر پايداري سيکل هاي شارژ/دشارژ هيدروژن نداشته است. تشکيل لايه ي هيدروکسيدي Mg(OH) 2 بر روي سطح نمونه ها باعث کاهش ظرفيت دشارژ در طي سيکل هاي شارژ/دشارژ مي شود. مورفولوژي سطح نمونه ها نيز پس از اعمال سيکل هاي شارژ/دشارژ، خشن تر و خردتر شده است که ناشي از انبساط و انقباض هاي سلول هاي واحد در طول فرايند شارژ/دشارژ است. به منظور بررسي سينتيک واکنش هاي شارژ/دشارژ هيدروژن در نمونه ها از آزمون امپدانس الکتروشيميايي و آزمون پلاريزاسيون آندي استفاده شد. نتايج نشان داد که افزودن مقادير 5 و wt%TiO 2 10به آلياژ Mg 2 Ni باعث افزايش چگالي جريان تبادلي واکنش اکسيداسيون هيدروژن شده است اما افزودن مقادير 5/1 و wt%TiO 2 3 باعث کاهش چگالي جريان تبادلي واکنش اکسيداسيون هيدروژن شده است. افزودن مقادير مختلف TiO 2 تاثيري بر رفتار نفوذي هيدروژن در الکترود نداشته است. مرحله ي کنترل کننده ي واکنش هاي دشارژ آلياژ Mg 2 Ni در شرايط شارژ کامل، کنترل مختلط و در مراحل پاياني دشارژ، کنترل نفوذي بوده است. کلمات کليدي : آلياژ Mg 2 Ni؛ مواد ذخيره کننده ي هيدروژن؛ باتري نيکل- هيدريد فلزي؛ آلياژ سازي مکانيکي؛ اکسيد فلزي؛ خواص الکتروشيميايي

ارتقاء امنیت وب با وف بومی