La4MgNi19貯氫合金的結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、通過對La-Mg-Ni系貯氫合金綜合分析,選取La4MgNi19合金為本文的研究對象,采用X射線衍射儀以及掃描電鏡等儀器分析合金的相結(jié)構(gòu)及表面形貌,用CS310電化學(xué)測試儀測試合金的電化學(xué)性能。選用Co、Fe和Mn元素部分替代Ni對La4MgNi19-xRx(x=0～2.0)合金的相結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)貯氫性能的影響,退火處理以及環(huán)境測試溫度對合金結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)性能的影響進行了詳細的研究。
　　研究發(fā)現(xiàn),La4MgNi19-xRx(R=

2、Co,Fe,Mn,x=0～2.0)合金主要由LaNi5相和La4MgNi19相所組成。隨著R含量的增加,R=Co合金中LaNi5相的豐度有所下降,同時La4MgNi19相的豐度則增加;而R=Fe,Mn合金則相反,且La4MgNi17Mn2合金中出現(xiàn)了LaNi2新相。顯微組織觀察表明,合金均為樹枝晶結(jié)構(gòu),且隨著R含量的增加,樹枝晶組織變細。電化學(xué)測試表明,La4MgNi19-xRx合金活化性能和高倍率放電性能良好(HRD900>85％),

3、但是循環(huán)穩(wěn)定性有待提高(S100<60%)。隨著R含量的增加,R=Co合金中,最大放電容量基本呈增大趨勢,從x=0時的359.23mAh/g增大到x=2的380.85mAh/g,循環(huán)壽命則下降,從x=0的61.46%降低到x=2的59.56%;R=Fe合金,最大放電容量基本呈現(xiàn)降低的趨勢,從x=0的359.23mAh/g減小到x=2的333.77mAh/g,循環(huán)壽命則是先升降低后升高;R=Mn合金,最大放電容量先升高后降低,而循環(huán)壽命一

4、直呈現(xiàn)降低趨勢,從x=0的61.46%降低到x=2的39.97%。研究認為,合金中La4MgNi19相豐度的增減和新相的形成是影響合金電極最大放電容量和循環(huán)壽命的重要因素。通過對合金的動力學(xué)性能研究發(fā)現(xiàn),R=Co合金具有較好高倍率放電性能主要是合金具有較好的表面催化活性和較高的擴散系數(shù);R=Fe合金電極表面的電荷轉(zhuǎn)移阻力占主導(dǎo)因素;R=Mn合金體內(nèi)氫的擴散速率是影響合金高倍率放電性能的主要因素。綜合比較發(fā)現(xiàn),Co部分替代Ni具有良好的電

5、化學(xué)性能。
　　對鑄態(tài)和退火態(tài)La4MgNi17.5Co1.5合金的研究表明,所有合金主要由LaNi5相和La4MgNi19相兩個相組成。熱處理可以有效的改善合金的綜合電化學(xué)性能,隨著溫度增加,合金的最大放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性呈現(xiàn)出現(xiàn)上升后下降的趨勢。研究認為,熱處理可以使合金成分均勻化,減少組分的偏析相,從而使合金的最大放電容量和循環(huán)壽命隨著退火溫度的升高而增加,當退火溫度繼續(xù)升高時合金中Mg元素揮發(fā)嚴重,出現(xiàn)吸放氫容量較低的相,

6、從而降低了合金的最大放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性。綜合比較,1123K退火熱處理后的合金具有較好的綜合電化學(xué)性能:Cmax=375.33mAh/g,HRD900=94.83%,S200=65.52%。
　　對La4MgNi17.5Co1.5合金在不同溫度下(283K~308K)的電化學(xué)性能進行了系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明,隨著溫度由283K升高到308K,合金的活化性能以及高倍率放電性能均得到改善,合金的最大放電容量增大,并在308K時達到最大