بررسی ریزساختار و کیفیت ذخیره‌سازی هیدروژن در آلیاژ MmNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3 حاوی میش‌متالِ غنی از سریم، به منظور استفاده در باتری‌های نیکل- هیدرید فلزی

نویسنده

Dept. of Energy, Materials and Energy Research Centre

چکیده

امروزه باتری‌های لیتیومی و نیکل- هیدرید فلزی به دلیل ظرفیت ذخیره‌‌سازی بالاترِ انرژی و عدم به‌کارگیری فلزات سنگین و آلاینده محیط‌زیست، بسیار مورد توجه‌اند. در باتری‌های نیکل- هیدرید فلزی، آلیاژ جاذب هیدروژن در الکترودِ منفی با هیدرولیز آب به هیدرید فلز تبدیل می‌گردد. در پژوهشِ حاضر آلیاژ MmNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3 حاوی میش‌متالِ غنی از سریم، با استفاده از روش قوس الکتریکی تحت خلاء سنتز شد. در ادامه، آلیاژ حاصل جهت همگن‌سازی به مدت هفت ساعت در کوره تیوبی و در دمای 900 درجه سانتی‌گراد قرار گرفت. خردایش آلیاژ به دلیل ماهیت ترد آن در یک هاون عقیق انجام شد و آلیاژ خرد شده با اندازه ذراتِ کمتر از 50 میکرون تحت آزمون‌های اشعه ایکس(بررسی ریزساختارساختار)، سیورت (بررسی ظرفیت ذخیره‌سازی هیدروژن) و الکتروشیمی (بررسی میزان انرژی ذخیره شده به صورت برگشت‌پذیر) قرار گرفت. الگوی پراش اشعه ایکس نشان می‌دهد آلیاژ حاصل به‌طور عمده ساختار کریستالوگرافی هگزاگونال با فرمول شیمیایی AB5 دارد. بررسی‌های انجام شده به وسیله دستگاه سیورت نشان می‌دهد، در دمای محیط یک درصد وزنی و در دمای 60 درجه سانتیگراد 6/0 درصد وزنی هیدروژن توسط آلیاژ، قابل ذخیره‌سازی است. هم‌چنین بررسی‌های الکتروشیمیایی به وسیله دستگاه ایویوم (Evium) نیز نشان می‌دهد این آلیاژ به صورت برگشت‌پذیر قابلیت ذخیره‌سازی انرژی به میزان mAh/g 150 را دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Synthesis and Characterization of Cerium rich MmNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3 for Ni-MH battery applications

چکیده [English]

Li-Ion and Ni-MH batteries are the best candidate for Electric Vehicles. Despite higher energy densities of Li-Ion batteries, because of economical reason Ni-MH Batteries are still attractive for scientist. In this investigation Cerium rich MmNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3 has been produced via Vacuum Arc Remelting Process. Phase characterization has shown that the predominant crystallographic phase is Hexagonal type with AB5 chemical formulation. Volumetric Sievert test has shown that the alloy could store 1%wt percent hydrogen at room temperature. Electrochemical analysis with Evium-Stat has shown that the energy density which the alloy can reversibly deliver is about 150 mAh/g.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nickel-Metal Hydride Battery
  • Hydrogen Storage Alloys
  • Mischmetal
  • Vacuum Arc Remelting

 1.         Graddage, N., Chu, T.-Y., Ding, H., Py, C., Dadvand, A. and Tao, Y., Inkjet printed thin and uniform dielectrics for capacitors and organic thin film transistors enabled by the coffee ring effect, Organic Electronics, 29 (2016) 114-119.

 

  1. Yang, Y., Li, L., Ruan, G., Fei, H., Xiang, C., Fan, X. and Tour, J.M., Hydrothermally Formed Three-Dimensional Nanoporous Ni(OH)2 Thin-Film Supercapacitors, ACS Nano, 8(9) (2014) 9622–9628.
 

  1. Roy, D. and Krupanidhi, S.B., Excimer laser ablated barium strontium titanate thin films for dynamic random access memory applications, Applied Physics Letters, 62 (1993) 1056-1058.
 

  1. Bao, P., Jackson, T.J., Wang, X. and Lancaster, M.J., Barium strontium titan ate thin film varactors for room-temperature microwave device applications, Journal Of Physics D: Applied Physiscs, 41 (2008) 063001.
 

  1. Kwon, S.R., Huang1, W.B.,  Zhang, S.J. , Yuan, F.G. and Jiang, X.N., Flexoelectric sensing using a multilayered barium strontium titanate structure, Smart Matterials And Structures, 22 (2013) 115017-115024.

 

  1. Bao, D., Wang, Z., Ren, W., Zhang, L. and  Yao , X.,  Crystallization kinetics of Ba0.8Sr0.2TiO3 sols and sol–gel synthesis of Ba0.8Sr0.2TiO3 thin films, Ceramics International, 25 (1999) 261-265.

 

  1. Mohammadi, M.R. and Fray, D.J., Sol–gel derived nanocrystalline and mesoporous barium strontium titanate prepared at room temperature, Particuology, 9 (2011) 235-242.
 

  1. Adikary, S.U. and Chan, H.L.W., Ferroelectric and dielectric properties of sol–gel derived BaxSr1−xTiO3 thin films, Thin Solid Films, 424 (2003) 70-74.
 

  1. Xu, H., MMICs using GaN HEMTs and Thin-Film BST Capacitors, PhD thesis, University of California, Santa Barbara, Santa Barbara, (2005).
 

  1. Reynolds, G.J., Kratzer, M., Dubs, M., Felzer, H. and Mamazza, R., Sputtered Modified Barium Titanate for Thin-Film Capacitor Applications, Materials, 5 (2012) 575-589.

 

  1. Hu, W.,  Yang, C., Zhang, W. and Liu, G., Characteristics of Ba0.8Sr0.2TiO3 ferroelectric thin films by RF magnetron sputtering, Ceramics International, 33 (2007) 1299-1303.

 

  1. Kawahara, T., Yamauka, M., Makita, T., Naka, J., Yuuki, A., Mikami, N. and Ono, K., Step coverage and electrical properties of (Ba, Sr)TiO3 films prepared by liquid source chemical vapor deposition using TiO(DPM)2, Japanese Journal of Applied Physics, 33 (1994) 5129–5134.
 

  1. Feil, W.A., Wessels, B.W., Tonge, L.M. and Marks, T.J., Organometallic chemical vapor deposition of strontium titan ate, Journal of Applied Physics, 67 (1990) 3858–3861.
 

  1. Sakabe, Y., Takeshima, Y., Tanaka, K., Multilayer ceramic capacitors with thin (Ba,Sr)TiO3 layers by MOCVD, Journal Electroceramics, 3 (1999) 115–121.

 

  1. Weiss, F., Lindner, J., Sénateur, J.P., Dubourdieu, C., Galindo, V., Audier, M., Abrutis, A., Rosina, M., Fröhlich, K., Haessler, W., Oswald, S., Figueras, A. and Santiso, J., Injection MOCVD: ferroelectric thin films and functional oxide superlattice, Surface and Coatings Technology, 133–134 (2000) 191–197.

 

  1. Jia, Q.X., Chang, L.H., Anderson, W.A., Low leakage current BaTiO3 thin film capacitors using a multilayer construction, Thin Solid Films, 259 (1995) 264–269.

 

  1. Aijaz, A., Ji, Y.-X., Montero, J.,  Niklasson, A. and Granqvist, G., TomášKubart, Low-temperature synthesis of thermochromic vanadium dioxide thin films by reactive high power impulse magnetron sputtering, Solar Energy Materials and Solar Cells, 149 (2016) 137-144.

 

  1. Wu, T.B., Wu, C.M. and Chen, M.L, Highly insulative barium zirconate-titanate thin films prepared by RF magnetron sputtering for dynamic random access memory applications, Applied Physics Letters, 69 (1996) 2659–2661.

 

  1. Park, H.K., Ryu, J.H., Youn, H.J., Yang, J.-M. and Oh, I.H., Fabrication and Property Evaluation of Mo Compacts for Sputtering Target ,Application by Spark Plasma Sintering Process, Materials Transactions, 53 (2012) 1056 -1061.

 

  1. Kazuo, W. and Akifumi, M., Sputtering target of dielectrics having high strength and a method for manufacturing same, US patent 6,176,986Bl
 

  1. Kanamaru, M., Iwasaki, Y., Matsui, M., Goto, H. and Nambu, A., Oxide sintered body and sputtering target,  US patent 9,175,380 B2.

 

  1. Mulyadi1, Rika, W., Sulidah, Irzaman, Hardhienata,  H., Barium Strontium Titanate Thin Film Growth with rotational speed variation as a satellite temperature sensor prototype, Earth and Environmental Science, 54 (2017) 012094.