La-Mg-Ni-Co系貯氫合金電化學(xué)性能的研究.pdf

1、具有較高電化學(xué)容量和較好活化性能的La-Mg-Ni系列合金是目前新型合金電極研究的一個(gè)熱點(diǎn)。然而，由于該系列合金在KOH電解液中循環(huán)穩(wěn)定性較差而阻礙其大規(guī)模的開發(fā)應(yīng)用。為提高該系列合金電極的電化學(xué)循環(huán)壽命，本文以Ar氣保護(hù)下磁懸浮感應(yīng)熔煉方法制備的AB3.3型La0.7Mg0.3Ni2.6Co0.7鑄態(tài)合金為基礎(chǔ)，利用退火處理、改變貯氫合金電極片制備過程不同導(dǎo)電劑的含量以及元素替代的方式，制備一系列La-Mg-Ni-Co合金電極，通過X

2、射線衍射(XRD)以及恒流充放電、電化學(xué)反應(yīng)阻抗(EIS)、線性極化、Tafel極化、循環(huán)伏安(CV)和恒電位階躍的電化學(xué)測(cè)試，全面分析實(shí)驗(yàn)制備的La-Mg-Ni-Co系合金電極的電化學(xué)性能。論文的主要研究結(jié)論如下：
　　 對(duì)鑄態(tài)及退火態(tài)(873K，1073K)La0.7Mg03Ni2.6Co0.7合金，XRD分析表明合金的主相都由LaNi5相、型LaN3、La2Ni7相組成。退火后，金電極的抗腐蝕能力提高，循環(huán)穩(wěn)定性得到改善，

3、在55次充放電循環(huán)后合金電極的容量保持率S55從48.3％（鑄態(tài)）增加到67.8％(T=1073K)，主要是與退火后合金相組織成分均勻化程度提高有關(guān)。經(jīng)退火處理，合金電極在Tafel極化測(cè)試中的極限電流密度IL有所降低，從1279.3mA/g（鑄態(tài)）降低到1234.7mA/g(T=873K)，而線性極化中交換電流密度I0則由109.8mA/g（鑄態(tài))增大到416.4mA/g(T=1073K)，由此可知，退火態(tài)La0.7Mg0.3Ni2.

4、6Co0.7合金電極降低的高倍率放電性能主要與氫在合金體內(nèi)擴(kuò)散速率降低有關(guān)，與合金電極表面電荷轉(zhuǎn)移無關(guān)。
　　 研究不同含量的羰基鎳粉對(duì)La0.7Mg0．Ni2.6Co0.7合金電極電化學(xué)性能的影響，電化學(xué)測(cè)試得到隨著羰基鎳粉含量的增加，La0.7Mg0.3Ni2.6Co0.7合金電極循環(huán)壽命S55從53.3％(1∶1)增加到67.8％(1∶4)；線性極化測(cè)試得到交換電流密度I0從356.5mA/g(1∶1)降低到286.0mA

5、/g(1∶2)再增大為416.4mA/g(1.4)。電化學(xué)反應(yīng)阻抗(EIS)得到比例為1∶3、1:4時(shí)合金電極的Rct較小，合金電極的擴(kuò)散系數(shù)DH從5.99×10-11cm2．s-1(1∶1)增大到8.21×10-11cm2·s-1(1∶4)。
　　 研究不同鎳粉、活性炭對(duì)La0.7Mg0Ni2.6Co0.7合金電極電化學(xué)性能的影響，研究得到鎳粉、活性炭添加到貯氫合金電極都能提高合金電極的最大放電容量，但合金電極的循環(huán)壽命沒有明

6、顯得到提高；加入鎳粉時(shí)合金電極HRD1200從40.2％（x=0）增大到75.7％(x=12.5)，加入活性炭時(shí)合金電極HRD1200從40.2％（x=0）增加到75.7％（x=7.5）。
　　 對(duì)La0.7Mg0.3Ni2.6Co0.7-x(FeAl)x（x=0，0.05，0.10，0.15，0.20）合金電極電化學(xué)性能的研究，XRD分析表明LaNi5、LaNi3、La2Ni7相為合金的主相，當(dāng)x=0.20時(shí)合金中MgNi2相

7、出現(xiàn)。Fe、Al部分替代Co，La0.7Mg0Ni2.6Co0.7-x(FeAl)x(x=0，0.05，0.10，0.15，0.20)合金電極的最大放電容量有所降低，而循環(huán)穩(wěn)定性S55提高，從48.3％(x=0)提高到70.1％(x=0.15，0.20)，主要是由于Al的添加，使合金表面形成一層致密的Al2O3，減少充放電過程合金顆粒氧化，同時(shí)，F(xiàn)e的加入也減小合金電極電化學(xué)循環(huán)過程合金顆粒粉化。添加適量的Fe、Al替代Co有利于合金電

8、極高倍率放電性能的提高，這與適量Fe、Al加入后，合金電極線性極化中交換電流密度增加，氫在合金電極表面的轉(zhuǎn)移速率增大有關(guān)。
　　 研究Cu部分替代Co對(duì)La0.7Mg0.3Ni2.6Co0.55(FeAl)0.15貯氫合金電化學(xué)性能的影響，當(dāng)x＞0時(shí)，合金中MgNi2相出現(xiàn)。隨著Cu不斷替代Co，合金電極的最大放電容量逐漸減小，從350.5mAh/g(x=0)依次下降到321.8mAh/g（x=0.25），主要是由于Cu的加入（

9、x＞0）合金中MgNi2相出現(xiàn)，而MgNi2相在常溫常壓下吸放氫性能較差。Cu取代Co使合金電極的循環(huán)穩(wěn)定性有所提高，主要原因是致密Cu氧化膜的形成減緩合金電極的在電解液的腐蝕速率，同時(shí)，含Cu合金較大的晶胞體積，可有效抑制吸放氫過程中合金體積的膨脹與收縮，提高合金的抗粉化能力。Tafel測(cè)試表明，合金電極的隨著Cu替代量的增多，合金電極的極限電流密度IL變大，從586.0mA/g(x=0)到最大1698.7mA/g(x=0.10)，但