Electrochemical characteristics of LaNi4,5Co0,5 alloy composite hydrogen storage material at high discharge rates

• Autorzy: Stefaniak A. , Bordolińska K. , Bala H.

Identyfikatory

DOI

10.15199/40.2018.4.3

Warianty tytułu

PL

Charakterystyka elektrochemiczna stopu magazynującego wodór LaNi4,5Co0,5 przy dużych szybkościach rozładowania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Electrochemical hydrogen storage behavior of LaNi4,5Co0,5 powder composite electrode cycled in 6M KOH solution at increased discharge rates is discussed. Galvanostatic charging/discharging technique has been applied to determine high rate discharge ability (HRD) after N = 15 and N = 60 cycles. The anodic plots for both tested options are typical: electrode potential nearly linearly (with very low slope) increases with electrode discharge and then sharply jumps towards Eend = –0.5V (HgO/Hg) after electrode full dehydrogenation. Maximum discharge capacity (298 mAh·g–1 at –0.5C/+0.5C i.e. –186/+186 mA·g⁻¹ ) has been achieved after N = 31 cycles. The HRD markedly decreases with electrode cycling. After 15 cycles the HRD falls to 46.8 % at discharge rate of 5C. The SEM examinations reveal severe structural deterioration of the electrode, especially evident after 60 cycles at the greatest discharge rates.

PL

Dyskutowane jest elektrochemiczne zachowanie cyklowanego stopu wodorochłonnego LaNi4,5Co0,5 w środowisku 6M KOH, przy wzrastających szybkościach rozładowania. Dla wyznaczenia zdolności do rozładowywania przy wysokich prądach anodowych (HRD), zastosowano technikę galwanostatycznych krzywych ładowania/rozładowania. Zmiany HRD mierzono po N = 15 i N = 60 cyklach. Proces anodowego rozładowania dla dwu wymienionych opcji wykazywał typowe przebiegi: potencjał elektrodowy nieznacznie wzrasta, po czym, po całkowitym utlenieniu wodoru, obserwuje się jego gwałtowny skok do wartości Eend = –0,5V (HgO/Hg). Maksymalną pojemność rozładowania (298 mAh·g–1 przy –0,5C/+0,5C, tj. –186/+186 mA·g⁻¹ ) elektroda osiąga po N = 31 cyklach. Parametr HRD wyraźnie maleje wskutek cyklowania. Po 15 cyklach HRD osiąga poziom 46,8% dla szybkości rozładowania równej 5C. Obserwacje SEM ujawniają silną destrukcję strukturalną elektrody, szczególnie ewidentną dla 60 cykli przy największych szybkościach rozładowania.

Słowa kluczowe

EN

intermetallic alloy; hydride capacity; charge; discharge; HRD

PL

stop międzymetaliczny; pojemność wodorkowa; ładowanie; rozładowanie; HRD

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 4
• Strony: 90--92
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Stefaniak A.

• Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Katedra Chemii, Politechnika Częstochowska, 42-200 Częstochowa, Al. Armii Krajowej 19

autor

Bordolińska K.

• Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Katedra Chemii, Politechnika Częstochowska, 42-200 Częstochowa, Al. Armii Krajowej 19

autor

Bala H.

• Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Katedra Chemii, Politechnika Częstochowska, 42-200 Częstochowa, Al. Armii Krajowej 19

Bibliografia

• [1] Adzic G.D., J.R. Johnson, S. Mukerjee, J. McBreen, J.J. Reily. 1997. “Function of cobalt in AB5Hx electrodes”. J.Alloys Compd. (253–254) : 579–582.
• [2] Bala H., K. Bordolińska, A. Stefaniak. 2017. “Passivation of hydrogen storage alloy in strong alkaline solution”. Ochrona przed Korozja 60 : 314–317.
• [3] Bala H., M. Dymek. 2015. “Corrosion degradation of powder composite hydride electrodes in conditions of long-lasting cycling”. Mater. Chemistry Phys. 167 : 265–270
• [4] Bala H., M. Dymek. 2017. “Determination of corrosion rate of porous, liquid permeable materials on the example of hydride powder composite”. Ochrona przed Korozja 60 : 79–83.
• [5] Bala H., M. Dymek, L. Adamczyk, K. Giza, H. Drulis. 2014. “Hydrogen diffusivity, Kinetics of H2O/H2 charge transfer and corrosion properties of LaNi5 powder, composite electrodes in 6M KOH solution”. J. Solid State Electrochem. 18 : 3039–3048.
• [6] Bala H., I. Kukula, K. Giza, B. Marciniak, E. Różycka-Sokołowska, H. Drulis. 2012. ”Evaluation of the electrochemical hydrogenation and corrosion behaviour of LaNi5-based materials using galvanostatic charge/discharge measurements”. Int J Hydrogen Energy 37 : 16817–16822.
• [7] Bordolinska K., H. Bala. 2015. “Evaluation of hydride electrode parameters at different discharge rates”. Ochrona przed Korozja 58 : 177–179.
• [8] Ouyang L., J. Huang, H. Wang, J. Liu, M. Zhu. 2017. “Progress of hydrogen storage alloys for Ni/MH rechargeable power batteries in electric vehicles : A review”. Mater. Chem. Phys., 200 : 164–178.
• [9] Sakai T., H. Miyamura, N. Kuriyama, A. Kato, K. Oguro, H. Ishikawa, C. Iwakura. 1990. “The influence of small amounts of added elements on various anode performance characteristics for LaNi2.5Co0.5-based alloys”. J. Less-Common Met. 159 : 127.
• [10] Song J., G. Zhao, B.Li, J. Wang. 2017. “Design optimization of PVDF-based piezoelectric energy harvesters”. Energy, Mater. Sci. Mech.Eng. 3 Heliyon e00377.
• [11] Stefaniak A., K. Bordolińska, H. Bala. 2017. “Evaluation of diffusion rate of atomic hydrogen in LaNi4.5Co0.5 composite electrode”. Przemysł Chem. 96 : 1939–1941.
• [12] Van Beek J.J.G., J.R.G.C.M. Willems, H.C. Donkersloot. 1985. “Rechargeable hydride electrodes for Ni-H2 batteries based upon stable hydrogenstoring materials”. Proc. 14th Power Source Symp., Brighton, in: L.J. Pearce (Ed.), Power Sources, Vol. 10 : 317–338.
• [13] Van Vucht J.H.N., F.A. Kuijpers, H.C.A.M. Bruning. 1970. “Reversible room-temperature absorption of large quantities of hydrogen by intermetallic compounds”. Philips Res. Repts, 25 : 133–140.
• [14] Willems J.J.G. 1984. “Metal hydride electrodes stability of LaNi5-related compounds”. Philips J. Research 39 : 1–93.
• [15] Yanghuan Zhang, Wei Zhang, Zeming Yuan, Hongwei Shang, Yaqin Li, Shihai Guo. 2017. “Structures and electrochemical hydrogen storage properties of melt-spun RE-Mg-Ni-Co-Al alloys”. Int J Hydrogen Energy 42 : 14227–14245.
• [16] Yanghuan Zhang, Yaqin Li, Hong-wei Shang, Zeming Yuan, Tai Yang, Shihai Guo. 2017. “Structure and hydrogen storage performances of rare earth Mg-Ni-Mnbased AB2-type alloys applied to Ni-MH batteries”. J Solid State Electrochem. 21 : 1015–1025.
• [17] Zheng G., B.N. Popov, R.E. White. 1995. “Electrochemical determination of the diffusion coefficient of hydrogen through an LaNi4.25Al0.75 electrode in alkaline aqueous solution”. J.Electrochem.Soc., 142 : 2695–2698.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).