化學(xué)組成計(jì)量比和制備工藝對(duì)La-Mg-Ni系儲(chǔ)氫合金電極材料性能的影響.pdf

1、本文在對(duì)國內(nèi)外La-Mg-Ni系儲(chǔ)氫合金研究進(jìn)展進(jìn)行全面綜述的基礎(chǔ)上，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)成果和經(jīng)驗(yàn)，確定以La-Mg-Ni系A(chǔ)B3.0型La0.6Gd0.2Mg0.2Ni2.6Co0.3Al0.1合金和A5819型La0.68Gd0.2Mg0.12Ni3.3Co0.3Al0.1合金為研究對(duì)象，采用ICP、XRD、EPMA、Rietveld全譜擬合等材料研究分析測(cè)試方法對(duì)該系列儲(chǔ)氫合金的微觀組織和電化學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。通過制備相豐度

2、較高的含Gd低MgAB3.0型合金和A5B19合金，結(jié)合已制備出的A2B7型相豐度較高的La0.630d0.2Mg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1儲(chǔ)氫合金，試圖闡述在含Gd低Mg條件下AB3.0型相、A287型相和A5819型相三者之間的相互關(guān)系。由于Mg元素在La-Mg-Ni系儲(chǔ)氫合金中占據(jù)著非常重要的作用且對(duì)含量較敏感，但因其本身特點(diǎn)(飽和蒸氣壓大及熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較低)在制備過程中不易控制。根據(jù)最近相關(guān)文獻(xiàn)和報(bào)道，He對(duì)抑制Mg元

3、素有比較好的作用效果，本文將對(duì)He在熔煉過程中對(duì)Mg元素的影響和作用機(jī)理進(jìn)行研究。
　　 在密閉條件下對(duì)AB3.0型La0.6Gd0.2Mg0.2Ni2.6Co0.3Al0.1儲(chǔ)氫合金進(jìn)行不同溫度(873K-1123K)的熱處理。研究發(fā)現(xiàn)，該合金的退火組織主要由Ce2Ni7型、CaCu5型和PuNi3型相組成，適當(dāng)增加退火溫度有利于提高退火合金組織中PuNi3型相的相豐度，當(dāng)退火溫度T=1073K時(shí)，PuNi3型相的相豐度達(dá)到最

4、大值為86.95wt％，同時(shí)合金電極放電容量也達(dá)到了最大值為349.99mAh/g，但循環(huán)壽命S100降低為69.57％。當(dāng)退火溫度T=873K時(shí)，合金電極放電容量?jī)H為244.17mAh/g；循環(huán)壽命S100達(dá)到82.32％。
　　 在密閉條件下對(duì)A5B19型La0.6sGd0.2Mg0.12Ni3jCo0.3Al0.1儲(chǔ)氫合金進(jìn)行不同溫度(1173K-1273K)的熱處理。研究發(fā)現(xiàn)，該合金鑄態(tài)組織主要由CaCu5型、Pr5Co

5、19(Ce5Co19)型和PuNi3型相組成，退火后合金則形成以A5B19型(Pr5Co19和Ce5Co19)為主相的多相組織，隨退火溫度的升高Pr5Co19型主相的相豐度逐漸增加，當(dāng)T=1273K時(shí)，其相豐度達(dá)到最大值87.8wt％。鑄態(tài)合金電極放電容量最低(313.98mAh/g)，循環(huán)穩(wěn)定性最差(69.57％)；退火處理對(duì)合金電極的活化性能和大電流放電特性影響不明顯，但對(duì)電極容量和循環(huán)穩(wěn)定性影響較大；當(dāng)T=1273K時(shí)，合金電極放

6、電容量為373.01mAh/g，循環(huán)壽命S100為90.20％，表現(xiàn)出較好的電化學(xué)性能。
　　 通過對(duì)不同計(jì)量比合金(AB3.0型、A287型和A5B19型)的電化學(xué)性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在各相豐度達(dá)到較高時(shí)A287型La0.68Gd0.2Mg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1合金電極的綜合電化學(xué)性能最好，其電化學(xué)容量、循環(huán)壽命和高倍率性能(HRD900)分別為386.80mAh/g、S100=91.50％和80.90％；其次是

7、A5B19型La0.68Gd0.2Mg0.12Ni3.3Co0.3Al0.1合金電極的電化學(xué)性能；最差的是AB3.0型La0.6Gd0.2Mg0.2Ni2.6Co0.3Al0.1合金電極的電化學(xué)性能，其電化學(xué)容量、循環(huán)壽命和高倍率性能(HRD900)分別為349.99mAh/g、S100=69.57％和38.83％。
　　 研究不同氣氛下熔煉La0.630d0.2Mg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1合金時(shí)Mg的含量變化及其

8、電化學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)在不同氣氛下熔煉時(shí)，Mg含量的差別較大。在純Ar0.3MPa保護(hù)氣氛下熔煉時(shí)Mg含量?jī)H為0.54wt％，而在純He0.3MPa保護(hù)氣氛下熔煉時(shí)Mg含量增加到1.09wt％。說明He氣作為熔煉時(shí)的保護(hù)氣體效果要明顯優(yōu)于Ar氣。同時(shí)隨著純He氣保護(hù)氣壓的增加，鑄態(tài)合金中Mg含量基本呈增加趨勢(shì)。同時(shí)在Ar0.3MPa和覆蓋劑條件下熔煉時(shí)，該合金中Mg含量為1.25wt％，合金電極具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性(S100)和容量，分別為9