ساخت آلیاژ منیزیم – نیکل بعنوان ذخیره کننده هیدروژن و تاثیر عناصر آلیاژی بر خواص آن

آلیاژ mg2ni یکی از پر کاربردی ترین آلیاژهای ذخیره کننده هیدروژن در آند باتریهای ni-mh است. در سالهای اخیر بهبود عملکرد این آلیاژ توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است. در پژوهش حاضر سعی شده با جایگزینی عنصر کبالت به جای نیکل در حین فرآیند آسیاب کاری خواص الکتروشیمیایی این آلیاژ بهبود داده شود. ابتدا آلیاژ تک فاز mg2ni، از 50 ساعت آسیاب کاری پودرهای منیزیم و نیکل با نسبت استوکیومتری ساخته شد و خواص الکتروشیمیایی آن از جمله ظرفیت دشارژ و پایداری سیکل مورد بررسی قرار گرفت. سپس به منظور بررسی تأثیر مقادیر مختلف کبالت بر عملکرد این آلیاژ، آلیاژهای اسمی (3/0و2/0،1/0=x) mg2ni1-xcox ساخته شد. برای ساخت این آلیاژها، در روش اول مقادیر استوکیومتری از کبالت، منیزیم و نیکل تحت شرایطی مشابه با آلیاژ پایه به مدت 50 ساعت مورد آسیاب کاری قرار گرفت. در روش دوم مقادبر مختلف کبالت پس از ایجاد فاز mg2ni ( طی 50 ساعت آسیاب کاری) به مخلوط اضافه شده و 30 ساعت دیگر آسیاب کاری شد. به منظور بررسی اثر جانشینی کبالت و همچنین برطرف کردن اثر زمان آسیاب کاری، آلیاژ پایه نیز 30 ساعت بیشتر آسیاب کاری شد تا عملکرد آن با آلیاژهای حاوی کبالت تهیه شده به روش دوم مقایسه شود. در آلیاژهای حاوی کبالت که به روش اول تهیه شدند، فازهای ثانویه mg2co و mgco2 شناسایی شد. این فازها به دلیل سینتیک تشکیل سریعتر نسبت به فاز mg2ni تشکیل شدند. همچنین جابجائی محسوسی نیز در پیک های فاز mg2ni مشاهده نشد. در واقع انحلال کبالت در آلیاژ که هدف اصلی بود، تامین نشد. در آلیاژهایی که به روش دوم تهیه شده بودند، هیچ فاز ثانویه و نامطلوبی دیده نشد و جابجایی پیک های فاز mg2ni به صورت محسوس و قابل قبول مشاهده شد که بیانگر انحلال کبالت در این فاز بود. ساختار آلیاژهای پایه تهیه شده به دو روش توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری مورد مطالعه قرار گرفت. ساختار هر دو آلیاژ مرکب از ساختارهای نانوکریستالی و آمورف بود، تنها با این تفاوت که کریستالهای آلیاژ تهیه شده به روش دوم ریزتر و از توزیع یکنواخت تری برخوردار بود. به منظور بررسی خواص الکتروشیمیایی آلیاژها، پودرها تحت پرس سرد قرار گرفتند و به صورت الکترودهای کاری در یک سلول الکتروشیمیایی سه الکترودی تحت آزمون های شارژ و دشارژ سیکلی، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی و پلاریزاسیون آندی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که کبالت در آلیاژهای تهیه شده به روش اول منجر به کاهش ظرفیت دشارژ شده ولی پایداری سیکل آلیاژ را بهبود می بخشد. در آلیاژهای تهیه شده به روش دوم، حضور کبالت موجب افزایش ظرفیت دشارژ و کاهش پایداری سیکل شد. نتایج آزمون امپدانس الکتروشیمیایی نشان داد که افزودن کبالت به روش اول تاثیر محسوسی بر فرآیند نفوذ هیدروژن در بالک الکترود نداشته اما منجر به کند شدن فرایند انتقال بار شده است. این در حالی است که افزودن کبالت به روش دوم موجب تسریع هر دو فرایند نفوذ هیدروژن در بالک الکترود و انتقال بار شده است. نتایج پلاریزاسیون آندی نیز تطابق قابل قبولی را با آزمون های مذکور ارائه دادند.