Effect of surface modification of LaNi4.5Co0.5 active material on electrochemical parameters of hydride electrode in conditions of long-lasting cycling

• Autorzy: Stefaniak A. , Bordolińska K. , Sozańska M.

Identyfikatory

DOI

10.15199/40.2016.9.3

Warianty tytułu

PL

Wpływ modyfikacji powierzchni materiału aktywnego LaNi4.5Co0.5 na elektrochemiczne parametry elektrody wodorkowej w warunkach długotrwałego cyklowania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The analysis of galvanostatic charge/discharge curves for the hydrogen powder electrode in long-term cycling conditions (N = 40 cycles) is presented. The surface of active powder (LaNi4.5Co0.5; fraction 20÷50 μm) has been modified by 8-hours magnetron sputtering using Fe-Si target. The effect of deposition of thin Fe-Si layers on functional parameters of modified electrode has been characterized. It has been shown that magnetron sputtering scarcely affects electrode discharge capacity, but it decreases a little the slope of rectilinear segment of logQdisch = f(N) relationship, thus, inhibits the corrosion degradation of the electrode. For N > 22 cycles hydride capacity of modified electrode reaches practically constant level, close to 270 mAh/g, which testifies to disappearance of corrosion degradation. The sputtered layers improve the kinetics of hydrogen electrosorption because their presence increases exchange current density of H2O/H2 system.

PL

Dokonano analizy krzywych galwanostatycznego ładowania/rozładowania dla wodorkowej elektrody proszkowej w warunkach długotrwałego cyklowania (N = 40 cykli). Powierzchnię proszku aktywnego (LaNi4.5Co0.5; frakcja 20÷50 μm) modyfikowano poprzez 8-godzinne rozpylanie jonowe stopu Fe-Si stanowiącego target. Scharakteryzowano wpływ osadzania cienkich warstw Fe-Si w zależności od parametrów użytkowych zmodyfikowanej elektrody. Pokazano, że proces rozpylania ma niewielki wpływ na pojemność rozładowania, jednak zmniejsza nieco nachylenie odcinka prostoliniowego zależności logQrozł = f(N), tym samym hamuje degradację korozyjną elektrody. Dla N > 22 cykli pojemność wodorkowa elektrody modyfikowanej osiąga praktycznie stały poziom, ok. 270 mAh/g, co świadczy o zaniku degradacji korozyjnej. Warstwy napylone poprawiają również kinetykę elektrosorpcji wodoru, gdyż w ich obecności zwiększa się gęstość prądu wymiany układu H2O/H2.

Słowa kluczowe

EN

LaNi5; hydride materials; magnetron sputtering; galvanostatic hydrogenation; charge; discharge

PL

stop wodorochłonny; LaNi5; napylanie magnetronowe; wodorowanie galwanostatyczne; ładowanie; rozładowanie

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 9
• Strony: 330--333
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Stefaniak A.

• Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Katedra Chemii

autor

Bordolińska K.

• Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Katedra Chemii

autor

Sozańska M.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Instytut Nauki o Materiałach, Katowice

Bibliografia

• [1] Adzic G.D., J.R. Johnson, S. Mukeerjee, J. McBreen, J.J. Reilly. 1997. “Function of cobalt in AB5Hx electrodes”, Journal of Alloys and Compounds, 253–254 : 579–582.
• [2] Anani A., A. Visintin, S. Srinivasan, A.J. Appleby, H.S. Lim. 1992. J. Electrochem Soc., 139 : 985.
• [3] Atkins P., J. de Paula, Atkins’. 2006. “Physical Chemistry, Eight edition”, W.H. Freeman and Company, New York, (Chapter 22.2: Kinetic data for second-order reactions).
• [4] Bala Henryk, Martyna Dymek. 2015. “Corrosion degradation of powder composite hydride electrodes in conditions of long-lasting cycling”, Mater. Chemistry Phys., 167 : 265–270.
• [5] Bala Henryk, Martyna Dymek, Lidia Adamczyk, Krystyna 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] Bordolińska Klaudia, Agnieszka Stefaniak, Henryk Bala. 2016. “Effect of magnetron sputtering of active powder with Fe-Cr-Ni layers on electrochemical parameters of metal hydride electrode”, Ochrona przed Korozją, 59 : 43–45.
• [7] Bordolińska Klaudia, Agnieszka Stefaniak, P. Pawlik. 2015. ”Analiza składu chemicznego i fizycznego cienkich powłok Fe-Cr wytworzonych na proszku Cu przy użyciu techniki napylania magnetronowego”, Hutnik – Wiad. Hut., 82 : 666–669.
• [8] Bordolińska Klaudia, Henryk Bala. 2014. “Effect of cycling on oxidation/reduction time periods of hydride electrode active material”, Ochrona przed Korozją, 57 : 252–254.
• [9] Dora J. 1996. „”Zasilacz rezonansowy”, Patent PL nr 313150, Urząd Patentowy RP.
• [10] Dymek Martyna, Henryk Bala. 2016. “Inhibition of LaNi5 electrode decay in alkaline medium by electroless encapsulation of active powder particles”, J. Solid State Electrochem., 20 : 2001–2007.
• [11] Feng F., D.O. Northwood. 2004. “Hydrogen diffusion in the anode of Ni/MH secondary batteries”, Journal of Power Sources, 136 : 346–350.
• [12] Ivey D.G., D.O. Northwood. 1983. “Storing energy in metal hydrides: a review of the physical metallurgy”, Journal of Material Science, 18 : 321–347.
• [13] Jae-Bum Kim, Bong-Suk Jun, Sung-Man Lee. 2005. “Improvement of capacity and cyclability of Fe/Si multilayer thin film anodes for lithium rechargeable batteries”, Electrochim. Acta, 50 : 3390–3394.
• [14] Jae-Bum Kim, Heon-Young Lee, Kawn-Soo Lee, Sung-Hwan Lim, Sung-Man Lee. 2003. “Fe/Si multi-layer thin film anodes for lithium rechargeable thin film batteries”, Electrochem. Commun., 5 : 544–548.
• [15] Kashin A.S., V.P. Ananikov. 2011. “A SEM study of nanosized metal films and metal nanoparticles obtained by magnetron sputtering”, Russian Chemical Bulletin, International Edition, 60 : 2602–2607.
• [16] Kukuła I., Henryk Bala. 2011. ”Ocena stopnia degradacji korozyjnej ujemnej elektrody ogniwa NiMH w oparciu o galwanostatyczne krzywe ładowania/rozładowania”, Ochrona przed Korozją, 54 : 494–496.
• [17] Matar S. F. 2010. “Intermatallic hydrides: A review with ab initio aspects”, Progress in Solid State Chemistry, 38 : 1–37.
• [18] Porterfield William W. 1993. “Inorganic Chemistry, A unified Approach, Second Ed.”. Chapter 5.4: “Silanes and molecular hydrides”, San Diego : Acad. Press Inc.
• [19] Sharma V.K., E.A. Kumar. 2014. “Effect of measurement parameters on thermodynamic properties of La-based metal hydrides”, International Journal of Hydrogen Energy, 39 : 5888–5898.
• [20] Stefaniak Agnieszka, Klaudia Bordolińska, Henryk Bala. 2016 “Characterization of hydride electrode modified with Fe-Si layers by sputtering”, Ochrona przed Korozją, 59 : 91–93.
• [21] Thila M., C. Khaldi, S. Boussami, M. Fenineche, O. El-Kedim, H. Mathlouthi, J. Lamloumi. 2014. “Kinetic and thermodynamic studies of hydrogen storage alloys as negative electrode materials for Ni/MH batteries: review”, J. Solid State Electrochem., 18 : 577–593.
• [22] Willems J. G., K. H. Buschow. 1987. “From permanent magnets to rechargeable hydride electrodes”, J. Less-Common Met., 129 : 13–30.
• [23] Xiaozheng Y., S.Zhigang. 2008. “Metal copper films coated on microparticle substrates using an ultrasonic-assisted magnetron sputtering system”, Powder Technology, 187 : 239–243.
• [24] Zalnezhad E., Ahmned A.D. Sarhan. 2014. “Multilayer thin film CrN coating on aerospace AL7075-T6 alloy for surface integrity enhancement”, The International Journal of Advanced Manufacturing, 72 : 1491–1502.