[發(fā)明專利]一種離子液體電沉積鎂鎳合金的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310385446.6
• 申請日: 2013-08-30
• 公開（公告）號: CN103422123A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐存英;華一新;李堅;趙霽雯
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C25C3/36
• 分類號: C25C3/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種離子液體電沉積鎂鎳合金的方法，屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鎂鎳儲氫合金具有吸氫量大（Mg₂NiH₄為3.6wt%），電化學儲氫容量高（理論值為965mAh·g^-1），密度小、資源豐富、價格低廉、環(huán)境負荷小以及吸放氫平臺好等優(yōu)點，成為最具開發(fā)前途的儲氫材料之一。目前制備鎂鎳儲氫合金主要采用高溫熔煉法和機械合金化法。高溫熔煉法是工業(yè)上制備鎂鎳合金的主要方法，但由于鎂和鎳的熔點分別為650℃和1455℃，二者相差高達805℃，在熔煉過程中鎂易揮發(fā)，難于控制合金成分，偏析嚴重，而且操作過程較為復(fù)雜、能耗高，得到的合金活化困難、吸放氫動力學性能差；機械合金化法通過機械球磨有利于生成納米晶、準晶或非晶，極大地改善了合金的吸放氫動力學性能，但要得到納米晶和非晶需要長時間球磨（10～120h），規(guī)模化生產(chǎn)困難，同時球磨過程中容易引入雜質(zhì)，從而降低鎂鎳合金的儲氫性能。因此，有必要研究設(shè)備簡單、流程短、成本低及得到鎂鎳合金儲氫性能好的制備方法，促進鎂鎳合金的實際應(yīng)用。電沉積法由于操作及設(shè)備簡單，可通過調(diào)節(jié)電沉積工藝參數(shù)來控制沉積層組成、厚度、形貌、晶態(tài)及電子結(jié)構(gòu)等優(yōu)點，而成為制備鎂鎳合金的有效方法。而且通過鎂鎳合金材料薄膜化可以有效改善鎂基儲氫合金的反應(yīng)動力學，提高其綜合性能。

但是水溶液中鎂離子的還原電位較負（鎂的標準平衡電位為-2.34V），目前在水溶液體系中尚不能用電還原的方法得到純金屬，而且鎂、鎳（鎳的標準平衡電位為-0.25V）的沉積電位相差太大，難以共沉積出來。不僅如此，水溶液電解液中電沉積時不可避免的要有氫氣析出，氣飽吸附在基底上，就會阻礙金屬的沉積，導(dǎo)致沉積層不均勻。采用非水體系的有機溶劑和高溫熔鹽電沉積雖然避免了氫的析出，但有機溶劑揮發(fā)性強、電化學窗口相對較窄，難以得到鎂含量高的合金膜，而且夾雜物較多，粗糙不致密。高溫熔鹽對設(shè)備腐蝕嚴重、沉積溫度較高，能耗較大。加之高溫下金屬從氯化物中沉積的化學反應(yīng)是可逆的，導(dǎo)致沉積層容易產(chǎn)生枝晶或粉末化，難以得到合金膜。為此，要得到性能較好的鎂基儲氫合金膜，迫切需要一種性能更好的溶劑作為電解質(zhì)，離子液體的出現(xiàn)無疑為此提供了新的可能。

離子液體是一種由陰、陽離子組成，在室溫或室溫附近呈液態(tài)的有機鹽，具有電化學窗口寬、導(dǎo)電性好、液態(tài)范圍寬、無蒸汽壓、穩(wěn)定性好等優(yōu)異性能，是一種綠色溶劑。在電沉積方面，離子液體融合了高溫熔鹽和水溶液的優(yōu)點：具有較寬的電化學窗口和良好的導(dǎo)電性，在室溫下即可得到在高溫熔鹽中才能電沉積出的金屬和合金，但沒有高溫熔鹽那樣的強腐蝕性；同時，在離子液體中還可電沉積得到大多數(shù)能在水溶液中得到的金屬，且無副反應(yīng)，因而得到的金屬質(zhì)量更好，電流效率更高，特別是對鋁、鎂、鈦等很難在水溶液中電沉積得到的金屬及其合金更是如此。離子液體的上述特性及其良好的電導(dǎo)率使之成為電沉積研究的嶄新液體，在電沉積金屬方面得到越來越多的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及不足，本發(fā)明提供一種離子液體電沉積鎂鎳合金的方法。本方法解決高溫熔煉法制備鎂鎳合金成分不易控制、能耗高以及機械合金法設(shè)備要求高、易引入雜質(zhì)、成本高等問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。

一種離子液體電沉積鎂鎳合金的方法，其具體步驟如下：

（1）在惰性氣保護下，在離子液體中依次加入鎂鹽、鎳鹽及添加劑，混合均勻得到離子液體電解液，其中離子液體電解液中鎂離子的濃度為0.05～0.3mol/L、鎳離子的濃度為0.05～1.0mol/L，添加劑質(zhì)量為離子液體電解液總質(zhì)量的0.5～2%；

（2）將基體作為陰極，金屬鎳、鎂、石墨或其他惰性材料為陽極，在電流密度為10～100A/m²、溫度為20～100℃、步驟（1）制得的離子液體電解液下進行恒電流沉積2～6h，然后取出陰極，經(jīng)沖洗和干燥后，即在陰極基體表面得到鎂鎳合金。

所述離子液體為氯化1-烷基-3-甲基咪唑鎓鹽（[Emim]Cl）、氯化1-丁基-3-甲基咪唑鎓鹽（BmimCl）、溴化1-丁基-3-甲基咪唑鎓鹽（[Bmim]Br）、氯化1-丁基-3-甲基咪唑-乙二醇（BMIC-EG）、氯化1-丁基-3-甲基咪唑-丙三醇（BMIC-GL）、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（[Bmim]BF4）或1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽([Bmim]NTf₂)。上述離子液體皆為市購分析純。

所述鎂鹽為氯化鎂、三氟甲基磺酸鎂或氟硼酸鎂。

所述鎳鹽為氯化鎳、三氟甲基磺酸鎳或四氟硼酸鎳。