化學(xué)組成計量比和制備工藝對La-Mg-Ni系儲氫合金電極材料性能的影響.pdf

1、本文在對國內(nèi)外La-Mg-Ni系儲氫合金研究進(jìn)展進(jìn)行全面綜述的基礎(chǔ)上，結(jié)合本實驗室的相關(guān)成果和經(jīng)驗，確定以La-Mg-Ni系A(chǔ)B3.0型La0.6Gd0.2Mg0.2Ni2.6Co0.3Al0.1合金和A5819型La0.68Gd0.2Mg0.12Ni3.3Co0.3Al0.1合金為研究對象，采用ICP、XRD、EPMA、Rietveld全譜擬合等材料研究分析測試方法對該系列儲氫合金的微觀組織和電化學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。通過制備相豐度

2、較高的含Gd低MgAB3.0型合金和A5B19合金，結(jié)合已制備出的A2B7型相豐度較高的La0.630d0.2Mg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1儲氫合金，試圖闡述在含Gd低Mg條件下AB3.0型相、A287型相和A5819型相三者之間的相互關(guān)系。由于Mg元素在La-Mg-Ni系儲氫合金中占據(jù)著非常重要的作用且對含量較敏感，但因其本身特點(飽和蒸氣壓大及熔點、沸點較低)在制備過程中不易控制。根據(jù)最近相關(guān)文獻(xiàn)和報道，He對抑制Mg元

3、素有比較好的作用效果，本文將對He在熔煉過程中對Mg元素的影響和作用機(jī)理進(jìn)行研究。
　　 在密閉條件下對AB3.0型La0.6Gd0.2Mg0.2Ni2.6Co0.3Al0.1儲氫合金進(jìn)行不同溫度(873K-1123K)的熱處理。研究發(fā)現(xiàn)，該合金的退火組織主要由Ce2Ni7型、CaCu5型和PuNi3型相組成，適當(dāng)增加退火溫度有利于提高退火合金組織中PuNi3型相的相豐度，當(dāng)退火溫度T=1073K時，PuNi3型相的相豐度達(dá)到最

4、大值為86.95wt％，同時合金電極放電容量也達(dá)到了最大值為349.99mAh/g，但循環(huán)壽命S100降低為69.57％。當(dāng)退火溫度T=873K時，合金電極放電容量僅為244.17mAh/g；循環(huán)壽命S100達(dá)到82.32％。
　　 在密閉條件下對A5B19型La0.6sGd0.2Mg0.12Ni3jCo0.3Al0.1儲氫合金進(jìn)行不同溫度(1173K-1273K)的熱處理。研究發(fā)現(xiàn)，該合金鑄態(tài)組織主要由CaCu5型、Pr5Co

5、19(Ce5Co19)型和PuNi3型相組成，退火后合金則形成以A5B19型(Pr5Co19和Ce5Co19)為主相的多相組織，隨退火溫度的升高Pr5Co19型主相的相豐度逐漸增加，當(dāng)T=1273K時，其相豐度達(dá)到最大值87.8wt％。鑄態(tài)合金電極放電容量最低(313.98mAh/g)，循環(huán)穩(wěn)定性最差(69.57％)；退火處理對合金電極的活化性能和大電流放電特性影響不明顯，但對電極容量和循環(huán)穩(wěn)定性影響較大；當(dāng)T=1273K時，合金電極放

6、電容量為373.01mAh/g，循環(huán)壽命S100為90.20％，表現(xiàn)出較好的電化學(xué)性能。
　　 通過對不同計量比合金(AB3.0型、A287型和A5B19型)的電化學(xué)性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在各相豐度達(dá)到較高時A287型La0.68Gd0.2Mg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1合金電極的綜合電化學(xué)性能最好，其電化學(xué)容量、循環(huán)壽命和高倍率性能(HRD900)分別為386.80mAh/g、S100=91.50％和80.90％；其次是

7、A5B19型La0.68Gd0.2Mg0.12Ni3.3Co0.3Al0.1合金電極的電化學(xué)性能；最差的是AB3.0型La0.6Gd0.2Mg0.2Ni2.6Co0.3Al0.1合金電極的電化學(xué)性能，其電化學(xué)容量、循環(huán)壽命和高倍率性能(HRD900)分別為349.99mAh/g、S100=69.57％和38.83％。
　　 研究不同氣氛下熔煉La0.630d0.2Mg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1合金時Mg的含量變化及其

8、電化學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)在不同氣氛下熔煉時，Mg含量的差別較大。在純Ar0.3MPa保護(hù)氣氛下熔煉時Mg含量僅為0.54wt％，而在純He0.3MPa保護(hù)氣氛下熔煉時Mg含量增加到1.09wt％。說明He氣作為熔煉時的保護(hù)氣體效果要明顯優(yōu)于Ar氣。同時隨著純He氣保護(hù)氣壓的增加，鑄態(tài)合金中Mg含量基本呈增加趨勢。同時在Ar0.3MPa和覆蓋劑條件下熔煉時，該合金中Mg含量為1.25wt％，合金電極具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性(S100)和容量，分別為9