非化學計量比三元合金的儲氫性能及電化學性能的研究.pdf

1、本論文研究了鑄態(tài)非化學計量比LaNi3.8-xAlX(0≤x≤0.5)合金和La-Mg-Ni系三元合金的儲氫性能及電化學性能。利用XRD、SEM、EDX等手段進行合金結構表征,利用體積法和電化學法分別表征了合金的儲氫性能和電化學性能。
　　主要實驗內容如下:
　　1.采用真空電弧熔煉法制備了LaNi3.8-xALx(0≤x≤0.5)儲氫合金,衍射結果表明,合金主要由LaNi5,Ce2Ni7,Pr5Co19和Ce5Co19型相

2、組成。隨著合金中Al含量的變化,各相相豐度發(fā)生了變化,而相豐度的變化影響了合金吸/放氫平臺壓力和吸放氫性能的滯后。隨著x的增加,LaNi3.8-xAlx(0≤x≤0.5)合金的放電容量增大(x=0.3),然后緩慢降低;在x=0.3時合金顯示出較好的充/放電循環(huán)穩(wěn)定性。極化電阻和電化學交流阻抗則隨著x的增加緩慢降低,交換電流密度增大,導致高倍率放電有所增大。
　　2.利用感應熔煉的方法制備了一系列La-Mg-Ni儲氫合金,研究了Mg

3、的變化對合金化學組成、晶體結構、儲氫性能和電化學性能的影響。隨著La/Mg的降低,La-Mg-Ni合金中Ni含量有了輕微的改變,同時各相豐度也發(fā)生了改變。合金的吸氫容量從1.6wt％(La/Mg≥3:1)降低到0.71 wt％(La/Mg=1)。當La/Mg≥3:1,合金為多相結構,研究發(fā)現(xiàn)合金存在兩個吸氫過程。隨著Mg含量的增加,晶胞參數(shù)的減小,合金的吸氫平臺壓有所升高。電化學研究表明:La/Mg≥3:1的放電容量比La/Mg≤2時更

4、高,由于受到[(LaMg)2Ni4]結構單元的非晶化的影響,La/Mg≥_3:1的合金循環(huán)穩(wěn)定性變差。隨著La/Mg比的下降,極化電阻從121.5 mzΩ增大到了225.8mΩ,相應的交換電流密度Io從207.6mA/g減小到了111.8mA/g,這一結果和電化學阻抗譜(EIS)的結果是一致的。
　　3.采用頻感熔煉法制各了La0.83Mg0.17Ni3.9合金,并對此合金進行了不同時間的熱處理。EDX結果表明合金中的La、Ni分

5、散比較均勻,而Mg在合金中的分布不是十分的均勻。衍射分析證實了合金主要由LaNi5,Pr5Co19,Ce2Ni7和PuNi3相構成的,退火后合金每相的相豐度有了不同程度的改變,退火合金比鑄態(tài)合金的吸氫容量更高,查看壓力組成曲線,我們認為合金吸氫分為兩個過程:電化學性能測試中退火3天的合金循環(huán)穩(wěn)定性最好,在循環(huán)100圈后,放電容量保持率高達83.7％。退火后合金的阻抗明顯的減小,從0.41Ω減小到了0.24Ω,合金的極化電阻呈現(xiàn)先減小后增