La-Mg-Ni基A2B7型貯氫合金的微觀(guān)結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能研究.pdf

1、氫能作為一種高效、無(wú)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(lái)越受到世界各國(guó)的重視,但是能否找到合適的貯氫材料成為了氫能能否實(shí)現(xiàn)有效利用的關(guān)鍵。Ni/MH電池便是其一項(xiàng)重要應(yīng)用,尤其是隨著便攜式電子設(shè)備的快速發(fā)展,對(duì)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(diǎn)引起了國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者的廣泛關(guān)注,成為新型Ni/MH電池負(fù)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(shí)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(shí)下學(xué)者們研究的熱點(diǎn)。
　　本論文在課題組前期研究的基礎(chǔ)上,確定了以L(fǎng)a-Mg-Ni基A2B7型貯氫合金為研究對(duì)象,借助于X射線(xiàn)衍射和掃描電鏡(SEM)對(duì)合金的微觀(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,采用LAND電池測(cè)試儀對(duì)合金的電化學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試,采用電化學(xué)工作站系統(tǒng)對(duì)合金的動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行了表征,系統(tǒng)地研究了元素替代對(duì)合金的相結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性能以及動(dòng)力學(xué)性能帶來(lái)的影響,得到的主要結(jié)論如下:

3、
　　La0.8-xYxMg0.2Ni3.35Al0.15(x=0~0.4)系列合金均由多相結(jié)構(gòu)構(gòu)成,主相是CaCu5型六方結(jié)構(gòu)的LaNi5相和Ce2Ni7型六方結(jié)構(gòu)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(xué)反應(yīng)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(kuò)散系數(shù)呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì),這點(diǎn)和合金的高倍率放電性能(HRD)趨勢(shì)一致?？芍?HRD性能主要是由氫在合金體內(nèi)的擴(kuò)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(jié)構(gòu)的LaNi5和Ce2Ni7型六方結(jié)構(gòu)的La2Ni7主相以及Ni2Y和N

5、i3Y余相構(gòu)成。本系列合金活化性能好,都在第一個(gè)循環(huán)就達(dá)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(shì),電化學(xué)反應(yīng)阻抗和交換電流密度顯示合金表面的電荷轉(zhuǎn)移速率先減小后增大,而極限電流密度顯示氫在合金體內(nèi)的擴(kuò)散速率先增加后減小,氫擴(kuò)散系數(shù)D隨著Y含量的增加總體呈下降趨勢(shì),規(guī)律性不明顯,說(shuō)明本體系合金的動(dòng)力學(xué)性能受到兩方面因素的協(xié)同作用。