低鈷高鑭儲(chǔ)氫合金的工業(yè)實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在工業(yè)化規(guī)模的速凝熔煉爐、連續(xù)熱處理爐和氣流磨制粉設(shè)備上，制備了以電催化合金C取代鈷和降低鐠釹含量增加鑭含量的AB5型儲(chǔ)氫合金。每一種儲(chǔ)氫合金的熔煉總質(zhì)量均為400kg。為了獲得良好的綜合電化學(xué)性能，同時(shí)降低合金的成本，本文在商業(yè)化AB5型儲(chǔ)氫合金的基礎(chǔ)上，從成分、凝固速度、熱處理溫度三個(gè)方面對(duì)該合金進(jìn)行改性處理。一共設(shè)計(jì)九種配方進(jìn)行工業(yè)實(shí)驗(yàn)研究，以期尋找到最佳的合金熔煉工藝和熱處理工藝，并獲得AB5型儲(chǔ)氫合金最佳的電池性能和綜合電化學(xué)

2、性能。
　　本文中，同時(shí)改變AB5型儲(chǔ)氫合金的A側(cè)、B側(cè)的成分，將PrNd(原子比)含量分為0、0.1、0.2三個(gè)水平替代La元素，電催化合金C（原子比）含量分為0、0.15、0.3三個(gè)水平替代Co元素，使得成分變化對(duì)合金綜合電化學(xué)性能的影響更為全面和詳盡。對(duì)儲(chǔ)氫合金的XRD掃描分析和晶格常數(shù)計(jì)算表明:合金晶胞體積隨著電催化合金C的增加而增大，隨著PrNd含量的增加以及鑭元素的減少而減小，合金經(jīng)過高溫?zé)崽幚碇缶Оw積減小。

3、>　　未經(jīng)熱處理合金電化學(xué)測試表明:合金的電化學(xué)最大放電容量隨電催化合金C含量的增加而減少，由349.2mAh/g(C=0)降低到337.6mAh/g(C=0.3);經(jīng)650℃熱處理后，儲(chǔ)氫合金最大容量同樣隨C含量增加而減少;但是經(jīng)900℃熱處理后，儲(chǔ)氫合金最大容量隨C含量增加而增加，由324.5mAh/g(C=0)增加332.1mAh/g(C=0.3)。儲(chǔ)氫合金的循環(huán)性能隨電催化合金C含量的增加而變差。儲(chǔ)氫合金容量衰減速率由1.038

4、mAhg-1cycle-1(C=0)增加到1.404 mAhg-1cycle-1(C=0.3);經(jīng)900℃熱處理后，循環(huán)性能得到明顯改善，衰減速率明顯減小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為0.4 mAhg-1cycle-1(C=0)和0.844mAhg-1cycle-1(C=0.3)，均低于未熱處理合金。儲(chǔ)氫合金的容量衰減速率隨PrNd含量增加先變大再變小。衰減速率由1.038 mAhg-1cycle-1(PrNd=0)增加到1.238mAhg-1cycle

5、-1(PrNd=0.1)，再減少到1.15 mAhg-1 cycle-1(PrNd=0.2)。經(jīng)熱處理后，循環(huán)性能得到明顯改善。900℃熱處理后，衰減速率由0.4 mAhg-1cycle-1(PrNd=0)增加到0.978mAhg-1 cycle-1(PrNd=0.1)，再減少到0.463 mAhg-1cycle-1(PrNd=0.2)。未經(jīng)替代的合金高倍率性能較差，HRD200為83.24％，HRD600為70.79％，HRD1000

6、為60.84％，而經(jīng)電催化合金C替代的合金高倍率性能有了顯著提高，電催化合金C含量0.15的合金HRD200為87.88％，HRD600為73.3％，HRD1000為71.55％。
　　我們采用循環(huán)伏安法和塔菲爾極化曲線對(duì)合金電化學(xué)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究。表明未熱處理時(shí)，合金氫擴(kuò)散系數(shù)分別為3.22×10-8 cm2s-1(C=0)、3.00×10-8cm2s-1(C=0.15)和3.09×10-8cm2s-1(C=0.3)，三者較為接近

7、。經(jīng)900℃熱處理后，合金氫擴(kuò)散系數(shù)降低為1.79×10-8 cm2s-1(C=0)，1.95×10-8 cm2s-1(C=0.15)，2.65×10-8 cm2s-1(C=0.3)，但是隨著電催化合金C含量的增加，擴(kuò)散系數(shù)有明顯提高。經(jīng)650℃熱處理后，合金氫擴(kuò)散系數(shù)由2.02×10-8 cm2s-1(C=0)，增加到3.29×10-8 cm2s-1(C=0.3)。未進(jìn)行熱處理時(shí)，在陽極極化條件下，氧化反應(yīng)速率遠(yuǎn)大于還原反應(yīng)速率，氧化

8、和還原反應(yīng)速率隨電催化合金C含量增加而增加。在陰極極化條件下，還原反應(yīng)速率遠(yuǎn)大于氧化反應(yīng)速率，氧化和還原反應(yīng)速率隨電催化合金C增加而先減小再增大。電催化合金C的添加改善了儲(chǔ)氫合金的催化活性和導(dǎo)電能力。
　　電極表面交換電流密度隨著合金晶胞體積的增加而增大。氫擴(kuò)散系數(shù)隨著合金晶胞體積的增加而增大。在陽極極化條件下，氧化還原反應(yīng)速率隨著合金晶胞體積的增加而增大。在陰極極化條件下，電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)速率與合金晶胞體積沒有相關(guān)性。<