La-Mg-Ni基A2B7型貯氫合金的微觀結構和電化學性能研究.pdf

1、氫能作為一種高效、無污染、取之不盡用之不竭的新型能源,隨著傳統(tǒng)化石能源的日趨枯竭,而越來越受到世界各國的重視,但是能否找到合適的貯氫材料成為了氫能能否實現(xiàn)有效利用的關鍵。Ni/MH電池便是其一項重要應用,尤其是隨著便攜式電子設備的快速發(fā)展,對電池的能量密度,體積,壽命等方面要求更高。La-Mg-Ni系貯氫合金以其高容量,活化性能好等優(yōu)點引起了國內外專家學者的廣泛關注,成為新型Ni/MH電池負極材料的最佳候選。但是它較差的循環(huán)穩(wěn)定性成為阻

2、礙其實用化的最大障礙。因此如何提高該系列合金的循環(huán)穩(wěn)定性成為時下學者們研究的熱點。
　　本論文在課題組前期研究的基礎上,確定了以La-Mg-Ni基A2B7型貯氫合金為研究對象,借助于X射線衍射和掃描電鏡(SEM)對合金的微觀結構進行了分析,采用LAND電池測試儀對合金的電化學性能進行了測試,采用電化學工作站系統(tǒng)對合金的動力學性能進行了表征,系統(tǒng)地研究了元素替代對合金的相結構、電化學性能以及動力學性能帶來的影響,得到的主要結論如下:

3、
　　La0.8-xYxMg0.2Ni3.35Al0.15(x=0~0.4)系列合金均由多相結構構成,主相是CaCu5型六方結構的LaNi5相和Ce2Ni7型六方結構的La2Ni7相,余相隨著Y含量的變化而有所不同,分別為Ni2Y,Ni3Y和Y2Ni7。本系列合金均表現(xiàn)出優(yōu)良的活化性能。Y元素的少量替代,提高了合金的放電容量,雖然在堿性溶液中的腐蝕加劇,但是總體上改善了合金的循環(huán)穩(wěn)定性。隨著Y含量的增加,合金的高倍率放電性能先增加

4、后減小,電化學反應阻抗先增加后減小又增加,交換電流密度先減小后增加又減小,極限電流密度先減小后增加然后又略微減小,氫擴散系數呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢,這點和合金的高倍率放電性能(HRD)趨勢一致。可知,HRD性能主要是由氫在合金體內的擴散步驟控制的。
　　La0.7-xCe0.1YxMg0.2Ni3.35Al0.15(x=0~0.2)系列合金由CaCu5型六方結構的LaNi5和Ce2Ni7型六方結構的La2Ni7主相以及Ni2Y和N

5、i3Y余相構成。本系列合金活化性能好,都在第一個循環(huán)就達到其最大放電容量。Y元素的部分替代,提高了合金的放電容量,改善了合金的循環(huán)穩(wěn)定性;隨著Y含量的增加,合金的高倍率放電性能呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢,電化學反應阻抗和交換電流密度顯示合金表面的電荷轉移速率先減小后增大,而極限電流密度顯示氫在合金體內的擴散速率先增加后減小,氫擴散系數D隨著Y含量的增加總體呈下降趨勢,規(guī)律性不明顯,說明本體系合金的動力學性能受到兩方面因素的協(xié)同作用。