低成本AB5型貯氫合金的相結構及其電化學性能研究.pdf

1、目前商業(yè)化低Co或無Co低成本AB5型貯氫合金主要是采用廉價金屬單質取代Co元素得到,雖然降低了合金成本,但同時也造成了合金綜合電化學貯氫性能的下降。為了提高 AB5型貯氫合金的市場競爭力,有必要進一步提高其性價比,即進一步降低合金的成本,同時提高其綜合電化學貯氫性能。本文提出采用成本更低的FeB或FeV合金取代低成本AB5型貯氫合金中的Ni或Cu,以期提高合金的性價比。
　　采用真空熔煉方法制備了 La0.7Ce0.3Ni3.7

2、5Mn0.35Al0.15Cu0.75-x(Fe0.43B0.57)x, La0.7Ce0.3Ni3.75-xMn0.35Al0.15Cu0.75(Fe0.43B0.57)x, La0.7Ce0.3Ni3.75Mn0.35Al0.15Cu0.75-x(Fe0.19V0.81)x,La0.7Ce0.3Ni3.75-xMn0.35Al0.15Cu0.75(Fe0.19V0.81)x(x=0,0.05,0.10,0.15,0.20)合金,獲得

3、的合金在Ar氣保護下1223 K熱處理10 h。采用XRD對合金的相結構進行了表征,并進行了電化學阻抗、線性極化、恒電位放電和恒電流充/放電等測試,獲得了合金電極的動力學性能和電化學貯氫性能。
　　對La0.7Ce0.3Ni3.75Mn0.35Al0.15Cu0.75-x(Fe0.43B0.57)x合金研究表明,合金La0.7Ce0.3 Ni3.75Mn0.35Al0.15Cu0.75由 CaCu5型結構單相組成,而含 FeB合金

4、均為雙相結構,由CaCu5型結構主相和La3Ni13B2第二相組成,La3Ni13B2相的豐度隨著x的增大而增多。隨著x的增大,最大放電容量從314.0 mAh/g(x=0)單調下降到290.4 mAh/g(x=0.20),循環(huán)穩(wěn)定性增加。當放電電流密度為1200 mA/g時,合金電極的高倍率放電性能(HRD1200)從51.4％(x=0)先增加到57.2%(x=0.10),然后又降低到52.7%(x=0.20)。合金的電化學性能的改善

5、歸因于第二相La3Ni13B2的生成, La3Ni13B2第二相不僅提高了合金電極表面的電化學活性,并且多相結構的相界面減小晶格畸變和應變能,提高合金的抗粉化能力。
　　對La0.7Ce0.3Ni3.75-xMn0.35Al0.15Cu0.75(Fe0.43B0.57)x合金研究表明,合金均為CaCu5型結構單相。隨著x的增大,合金的晶格常數c、晶胞體積V和軸比c/a增大。合金電極的最大放電容量從311.0 mAh/g(x=0)先

6、增加到316.0 mAh/g(x=0.15),然后又降低到311.0 mAh/g(x=0.20)。HRD1200從51.3%(x=0)先增加到60.7%(x=0.15),然后又降低到53.6%(x=0.20)。合金電極的高倍率放電性能受到合金表面電極反應速率和合金內部氫的擴散速率的控制。當x從0增加到0.10時,循環(huán)穩(wěn)定性提高;當x超過0.10時,循環(huán)穩(wěn)定性下降,這主要是由于合金電極抗粉化能力提高和抗腐蝕能力降低共同作用的結果。

7、　　對La0.7Ce0.3Ni3.75Mn0.35Al0.15Cu0.75-x(Fe0.19V0.81)x合金研究表明,FeV取代合金中的Cu并未改變合金的CaCu5型結構單相,隨x值增大,合金的晶格常數a和晶胞體積V逐漸增加。合金電極的最大放電容量從319.0 mAh/g(x=0)先增加到324.0 mAh/g(x=0.05),然后又降低到307.0mAh/g(x=0.20)。HRD1200從52.1%(x=0)先增加到59.1%(x

8、=0.15),然后又降低到55.4%(x=0.20)。合金電極的高倍率放電性能主要受合金內部氫的擴散速率的控制。隨著FeV替代量的增加,循環(huán)穩(wěn)定性先上升后降低,在x=0.10時,循環(huán)穩(wěn)定性最好,這主要是合金電極抗粉化能力提高和抗腐蝕能力降低共同作用的結果。
　　對La0.7Ce0.3Ni3.75-xMn0.35Al0.15Cu0.75(Fe0.19V0.81)x合金研究表明,合金均為CaCu5型結構單相,但晶格常數a和晶胞體積V增