鑄態(tài)及退火態(tài)La-Mg-Ni系A(chǔ)2B7型貯氫合金的相結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能研究.pdf

1、Re-Mg-Ni系貯氫合金是近10年來發(fā)展起來的新一代高性能稀土貯氫材料，并且已經(jīng)于高端鎳氫電池中得到初步應(yīng)用。為了提高我國稀土貯氫材料在高端市場中的競爭力，開發(fā)新型稀土鎂基貯氫合金及其在高端鎳氫電池中的應(yīng)用技術(shù)已成為我國近年稀土貯氫材料的研發(fā)重點，但至今仍未取得突破性進(jìn)展，尤其在合金產(chǎn)業(yè)化和電池應(yīng)用技術(shù)方面進(jìn)展緩慢。針對Re-Mg-Ni系貯氫合金循環(huán)穩(wěn)定性差這一現(xiàn)狀，結(jié)合元素替代以及熱處理工藝的改進(jìn)，本文以La-Mg-Ni系A(chǔ)2B7型

2、貯氫合金為研究對象，通過X射線衍射(XRD)，掃描電子顯微鏡(SEM)等分析測試方法研究了鑄態(tài)貯氫合金以及退火后合金的微觀相組織特性，并且以蘭電測試系統(tǒng)和電化學(xué)工作站分析測試了貯氫合金在熔煉后以及退火工藝后的電化學(xué)特性和動力學(xué)性能。研究結(jié)果為日后突破產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)提供了一定的理論依據(jù)，對日后電池應(yīng)用技術(shù)具有指導(dǎo)意義。
　　本文利用真空中頻感應(yīng)熔煉的方法，制備了La0.6Nd0.1Re0.1Mg0.2Ni3.35Al0.15(Re=

3、Pr,Sm,Ce, Y)貯氫合金，經(jīng)X射線衍射分析和掃描電鏡顯微分析得出，貯氫合金由多相組成，包括CaCu5型LaNi5相，Ce2Ni7型(La, Mg)2Ni7主相以及少量其他雜相。我們發(fā)現(xiàn)A側(cè)不同元素替代對于主相只有相豐度上的變化，使用元素Sm部分替代La后的合金組織中形成Ce2Ni7型(La, Mg)2Ni7相相對較多,而使用元素Y部分替代La后的合金組織中形成CaCu5型LaNi5相相對較多。使用元素Pr和Ce部分替代La后的合

4、金，兩相的比例介于前面的兩個合金之間。合金經(jīng)過電化學(xué)測試，得出不同的元素替代對于各貯氫合金的活化性能影響不大，添加元素為Sm時，最大放電容量較高，添加Y元素后合金的循環(huán)壽命較長；借助電化學(xué)交流阻抗，動電位極化，恒電位階躍和循環(huán)伏安法等電化學(xué)測試法探討了合金電極的動力學(xué)，得出合金的極限電流密度IL和氫擴(kuò)散系數(shù)D呈現(xiàn)出與此相對應(yīng)的規(guī)律，由交流阻抗擬合得出的研究電極與溶液間的電荷傳遞電阻R3變化規(guī)律與極限電流密度IL以及氫擴(kuò)散系數(shù)D規(guī)律不一致

5、，但是由于合金的高倍率性能由合金電極的表面電荷遷移速率和內(nèi)部氫擴(kuò)散的能力共同決定的，因而呈現(xiàn)出高倍率放電性能由高到低排序為：Ce、Pr、Y、Sm。
　　對La0.6Nd0.1Re0.1Mg0.2Ni3.35Al0.15(Re=Pr,Sm,Ce,Y)貯氫合金施加退火處理，本實驗得出適當(dāng)?shù)耐嘶鹛幚硎沟肅e2Ni7型(La, Mg)2Ni7相相豐度增加，過高的退火溫度1273K則使得Ce2Ni7型(La, Mg)2Ni7相發(fā)生相變生成C

6、aCu5型LaNi5相。適當(dāng)?shù)耐嘶饻囟仁沟煤辖鸬淖畲蠓烹娙萘吭黾?，循環(huán)穩(wěn)定性改善，各合金的最大放電容量分別為: Pr:377.3mAh/g(1173K)，Sm:372.0mAh/g(1223K)，Ce:376.2mAh/g(1223K)，Y:420.2mAh/g(1223K)。退火處理對合金的循環(huán)穩(wěn)定性也有明顯的改善作用，各合金的最佳容量保持率S100分別為：Pr:95.56％(1223K)，Sm:94.96%(1173K)，Ce:88