Y取代和退火對La-Mg-Ni系A2B7型貯氫合金電化學性能的影響.pdf

1、本文系統(tǒng)的研究了近年來國內(nèi)外關于 La-Mg-Ni系貯氫合金的文獻,在此基礎上,確定了以 A2B7型 La0.7-xNd0.1YxMg0.2Ni3.35Al0.15(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)貯氫合金作為研究對象。雖然 A2B7體系的貯氫合金具有較高的理論容量(380~410 mAh/g),其循環(huán)穩(wěn)定性卻相對較差。因此為了推進La-Mg-Ni系A2B7型貯氫合金在實際生產(chǎn)中的應用,希望在提升La-Mg-Ni系稀土貯氫合

2、金的循環(huán)穩(wěn)定性的同時,將其放電能力穩(wěn)定在較高的水平。由于合金電化學容量的衰退機制主要是合金中Mg和La的氧化與腐蝕,而造成粉化的實際推動力是氫原子進入晶格間隙位置時在合金內(nèi)所必然引起的晶格應力和晶胞擴張。因此本實驗通過降低 Mg的含量以期望提高循環(huán)穩(wěn)定性,用Y取代La以期望提高合金電極的綜合性能,又采用退火處理來研究熱處理對合金電極各方面性能的影響。
　　La0.7-xNd0.1YxMg0.2Ni3.35Al0.15(x=0,0.

3、05,0.1,0.15,0.2)合金采用感應熔煉法制備,一部分合金在氬氣保護氛圍中進行900℃退火處理。合金的結構采用 X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和 EDS能譜分析。結果表明,鑄態(tài)和900℃退火態(tài)合金都具有多相結構,由兩個主相: Ce2Ni7型(La, Mg)2Ni7相和CaCu5型 LaNi5組成,且都具有六方晶系晶體結構。另外,鑄態(tài)合金的殘余相由YNi3和 NdNi5組成,但退火態(tài)合金的殘余相只有 YNi3。這

4、說明退火不改變合金的主相結構,但是使殘余相發(fā)生了變化。
　　電化學測試表明,鑄態(tài)和退火態(tài)合金的放電容量均隨著Y對La取代量的增加,而呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。并且通常在1~2次循環(huán)后就達到充分活化。其中,鑄態(tài)合金的放電容量在 Y取代量 x=0.1時達到最大值341.7mAh/g;而退火態(tài)合金在 x=0.05時達到最大值386.1mAh/g。但是循環(huán)穩(wěn)定性測試表明,鑄態(tài)和退火態(tài)合金的循環(huán)穩(wěn)定性總是隨著 Y對La取代量的增加而增加。對

5、于鑄態(tài)合金,100次循環(huán)時,取代量x=0.15時容量保持率(S100=73.92％)達到最大,而退火態(tài)的合金最大值出現(xiàn)在取代量 x=0.2(S100=84.96%)時。對300次循環(huán)后的合金電極進行 SEM測試發(fā)現(xiàn),鑄態(tài)和退火態(tài)合金顆粒表面均分布著許多裂紋,配合EDS能譜分析,說明合金的腐蝕和粉化現(xiàn)象嚴重,這與理論的失效機制相符。
　　通過測試合金的高倍率放電性能、極限電流密度IL和氫擴散系數(shù)D發(fā)現(xiàn),鑄態(tài)和退火態(tài)合金的高倍率放電性

6、能也隨著 Y對 La取代量的增加而先增大后減小。在300mAh/g的密度下放電,鑄態(tài)和退火態(tài)合金的HRD值都在Y對La取代量x=0.15時達到最大值,分別為96.65%和89.17%。
　　通過對比鑄態(tài)合金和900℃退火態(tài)合金的實驗數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)退火顯著的提升了合金電極的放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性,但是對其動力學性能有不利影響。當取代量分別是x=0,0=0.05,x=0.1,x=0.15和x=0.2時,在放電容量性能方面,900℃退火態(tài)合金

7、的最大放電容量分別比鑄態(tài)合金提升了24.54%,15.05%,11.68%,16.20%,21.15%。循環(huán)穩(wěn)定性方面,900℃退火態(tài)合金在100次循環(huán)時的容量保持率 S100分別比鑄態(tài)合金提升了16.99%,17.24%,12.64%,11.34%,13.74%%。
　　高倍率放電性能方面,在300mAh/g的密度下放電時,900℃退火態(tài)合金的HRD值則分別比鑄態(tài)合金降低了16.73%,8.92%,10.12%,8.02%和12