Effect of surface modification of the LaNi4.5Co0.5 powder with thin silicon film on the electrochemical performance of composite hydride electrode

• Autorzy: Bordolińska K. , Bala H.

Identyfikatory

DOI

10.15199/40.2017.4.6

Warianty tytułu

PL

Wpływ modyfikacji powierzchni proszku LaNi4.5Co0.5 cienką warstwą krzemu na parametry elektrochemiczne kompozytowej elektrody wodorkowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Surface of LaNi4.5Co0.5 hydride alloy powder has been modified by magnetron sputtering using silicon target. The process of composite electrodes cycling at −0.5 C/+0.5 C charge/discharge rates has been carried out in 6 M KOH throughout 40 cycles at ambient temperature. Deposition of thin Si films on the active powder improves its hydrogenation kinetics: the exchange current densities of H2O/H2 system are 5÷10% greater on the modified electrode. After some initial cycles, logarithm of discharge capacity linearly decreases with the number of cycles. For powders modified with silicon films, the slope of rectilinear segment of log Q_disch = f(N) relationship is 2.5 times lower than that for unmodified powder. The presence of Si film evidently decreases the electrode corrosion rate and prolongs the electrode half decay cycle number.

PL

Powierzchnię sproszkowanego stopu wodorochłonnego LaNi4.5Co0.5 modyfikowano poprzez rozpylanie jonowe z użyciem targetu krzemowego. Proces cyklowania kompozytowych elektrod przeprowadzono z szybkościami −0.5 C/+0.5 C w 6M roztworze KOH w temperaturze otoczeniadla 40 cykli ładowania/rozładowania. Warstwy napylone poprawiają kinetykę elektrosorpcji wodoru przez proszek aktywny, gdyż w ich obecności gęstość prądu wymiany układu H2O/H2 wzrasta o 5÷10%. Po kilku początkowych cyklach logarytm pojemności rozładowania elektrod liniowo maleje z liczbą cykli. Dla proszków modyfikowanych warstwą krzemu, nachylenia liniowych odcinków zależności log Q_disch = f(N) są 2,5 raza mniejsze niż dla proszku wyjściowego. Obecność filmu Si wyraźnie zmniejsza szybkość korozji elektrody i wydłuża cykl połówkowy jej degradacji korozyjnej.

Słowa kluczowe

EN

intermetallic alloy; corrosion rate; magnetron sputtering; charge; discharge; Si thin films

PL

stop międzymetaliczny; szybkość korozji; rozpylanie magnetronowe; ładowanie; rozładowanie; warstwa krzemu

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2017
• Tom: nr 4
• Strony: 102--104
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Bordolińska K.

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

autor

Bala H.

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

Bibliografia

• [1] Adzic G.D., J.R. Johnson, S. Mukeerjee, J. McBreen, J.J. Reilly. 1997. ”Function of cobalt in AB5Hx electrodes”. J Alloy Compd. 253–254 : 579–582.
• [2] Atkins P., J. de Paula, Atkins’. 2006. ”Physical Chemistry, Eight edition”. W.H. Freeman and Company. New York (Chapter 22.2: Kinetic data for first-order reactions).
• [3] Bala Henryk, Iwona Kukula, Krystyna Giza, Bernard Marciniak, Ewa Różycka-Sokołowska, Henryk Drulis. 2012. ”Evaluation of the electrochemical hydrogenation and corrosion behaviour of LaNi5-based materials using galvanostatic charge/discharge measurements”. Int J Hydrogen Energ. 37 : 16817–16822.
• [4] Bala Henryk, Krystyna Giza, Iwona Kukuła. 2010. ”Determination of hydrogenation ability and exchange current of H2O/H2 system on hydrogen absorbing metal alloys”. J. Appl. Electrochem. 40 : 791–797.
• [5] Bala Henryk, Martyna Dymek. 2015. ”Corrosion degradation of powder composite hydride electrodes in conditions of long-lasting cycling”. Mater. Chem. Phys. 167 : 265–270.
• [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] Chan C.K., H. Peng, G. Liu, K. Mcilwrath, X.F. Zhang, R. A. Huggins, Y. Cui. 2008. ”High-performance lithium battery anodes using silicon nanowires”. Nat. Nanotechnol. 3 : 31–35.
• [8] Choi S.J., J. Choi, C.Y. Seo, C.N. Park. 2003. ”An electroless copper plating method for Ti, Zr-based hydrogen storage alloys”. J Alloys Compd. 356–357 : 725–729.
• [9] Dymek Martyna, Adrian Mościcki, Maria Sozańska, Krzysztof Gęsiarz. 2013. ”Electroless encapsulation of LaNi5 powder particles with Ni-P protective layers”. Ochrona Przed Korozją 56 : 505–507
• [10] Dymek Martyna, Henryk Bala. 2013. ”Progress in evaluation of metal hydride electrode charge time and time of oxide phases reduction”. Ochr przed Korozją 56: 115-119
• [11] 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
• [12] Kai Yang, Feng Wu, Shi Chen, Cun-zhong Zhang. 2007. ”Effect of surface modification of metal hydride electrode on performance of MH/Ni batteries”. Trans. Nonferrous Met. Soc. China 17 : 200–204.
• [13] Kim Jae-Bum, Bong-Suk Jun, Sung-Man Lee. 2005. ”Improvement of capacity and cyclability of Fe/Si multilayer thin film anodes for lithium rechargeable batteries”. Electrochem. Acta 50 : 3390–3394.
• [14] Kim Jae-Bum, 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] Kwo-Hosiung Young, J. Nei. 2013. ”The current status of hydrogen storage alloy development for electrochemical applications”. Materials 6 : 4574–4608.
• [16] Li J., J. Wang, J. Yang, X. Ma, S. Lu. 2016. ”Scalable synthesis of a novel structured graphite/silicon/pyrolyzed-carbon composite as anode material for high-performance lithium-ion batteries”. J. Alloys Compd. 688 : 1072–1079.
• [17] Lototsky Mykhaylo V., Matthev Williams, Yartys Volodymyr A., Klochko Yevgeniy V., Linkov Valdimir M. 2011. ”Surface-modified advanced hydrogen storage alloys for hydrogen separation and purification”. J. Alloys Compd. 509 : 555–561.
• [18] Sharma V.K., E.A. Kumar. 2014. ”Effect of measurement parameters on thermodynamic properties of La-based metal hydrides”. Int. J. Hydrogen. Energ. 39: 5888–5898.
• [19] Shi L., W. Wang, A. Wang, K. Yuan, Y. Yang. 2016. ”Understanding the impact mechanism of the thermal effect on the potous silicon anode material preparation via magnesiothermic reduction”. J Alloys Compd. 661 : 27–37.
• [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] Stefaniak Agnieszka, Klaudia Bordolińska, Maria Sozańska. 2016. ”Effect of surface modification of LaNi4.5Co0.5 active material on electrochemical parameters of hydride electrode in conditions of long-lasting cycling”. Ochrona przed Korozją. 59 : 330–333.
• [22] Wang Wuxiao, Suhui Yang. 2017. ”Enhanced overall electrochemical performance of silicon/carbon anode for lithium-ion batteries using fluoroethylene as an electrolyte additive”. J. Alloys Compd. 695 : 3249–3255.
• [23] Xiang K., X. Wang, M. Chen, Y. Shen, H. Shu, X. Yang. 2017. ”Industrial waste silica preparation of silicon carbide composites and their applications in lithium-ion battery anode”. J. Alloys Compd. 695 : 100–105.
• [24] Zhou Wanhai, Qiannan Wang, Ding Zhu, Chaoling Wu, Liwu Huang, Zhawen Ma, Zhegyao Tang, Yungui Chen. 2016. ”The high-temperature performance of low-cost La-Ni-Fe based hydrogen storage alloys with Si substituting”. Int. J. Hydrogen. Energ. 41 : 14852–14863.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).