低成本AB5型貯氫合金的制備及電化學性能研究.pdf

1、本文利用真空電弧熔煉法制備了AB5型LaNi4.5-xMnxCo0.2Al0.3(x=0-0.3)以及La1-xPrxNi4.2Mn0.3Al0.3Cu0.15Fe0.05(x=0-0.3)貯氫合金，采用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和 X射線能量色散譜(EDS)等材料表征手段研究了系列合金的組成及組織結構變化；采用模擬電池法測試了合金負極的綜合電化學性能，探索Mn替代Ni、Pr替代La對低Co、無Co貯氫合金的性能影響

2、規(guī)律；利用電化學阻抗(EIS)、線性掃描(LS)測試技術分析了合金動力學性能，探索合金高倍率性能(HRD)影響機理，以期開發(fā)出性能良好且成本低廉的MH/Ni電池負極材料。
　　低Co含量的LaNi4.5-xMnxCo0.2Al0.3(x=0,0.1,0.2,0.3)合金隨著Mn含量的增加，其晶胞體積和單胞軸比(c/a)逐漸增大，303K最大放電量Cmax由初始的307.98mAh/g(x=0)逐漸增大到323.18mAh/g(x=

3、0.3),100次循環(huán)后的容量保持率S100從初始的60.33％逐漸降低至49.91%(x=0.3)。303K和323K時，合金的高倍率性能隨著Mn含量的增加，先增加后減小，x=0.2時，合金電極的高倍率放電性能最好，其HRD1800分別達到57.40%(303K)和54.08%(323K)。303K和323K的電化學阻抗和線性掃描測試表明：合金電極的交換電流密度I0先增大后減小，x=0.2時I0高達1179.37mA/g，溫度升高有利

4、于合金表面的電荷轉移；合金電極的氫擴散系數(shù)DH都在10-8cm2/s數(shù)量級，x=0.1和0.2的DH值較大，溫度升高合金電極的氫擴散系數(shù)DH明顯增大，x=0.2時DH由1.74×10-8cm2/s(303K)增大到3.84×10-8cm2/s(323K)。
　　以放電容量最好的LaNi4.2Mn0.3Co0.2Al0.3合金為基礎，采用Cu和Fe聯(lián)合替代Co制備了LaNi4.2Mn0.3Al0.3Cu0.15Fe0.05合金，測試

5、表明所制備合金仍為單一的CaCu5結構，合金的晶胞體積和單胞軸比(c/a)減小。活化次數(shù)由2次增加到4次，最大容量由323.18mAh/g減為317.57mAh/g，循環(huán)穩(wěn)定性S100從49.91%降到47.28%。合金電極的高倍率放電效率 HRD1800由42.79%增加至45.13%。電化學阻抗和線性掃描測試表明：Cu和Fe聯(lián)合替代改善了合金電極表面的電催化性能，交換電流密度I0增加，但氫擴散系數(shù)DH下降。
　　對無 Co的

6、LaNi4.2Mn0.3Al0.3Cu0.15Fe0.05合金 A側采用 Pr替代 La制備了La1-xPrxNi4.2Mn0.3Al0.3Cu0.15Fe0.05(x=0,0.1,0.2,0.3)合金。隨著Pr含量的增加，合金電極的最大容量有所下降，而循環(huán)穩(wěn)定性則逐漸改善，S100=54.47%。高倍率性能也逐漸改善，HRD1800由45.13%(x=0)增加到56.19%(x=0.3)。合金電極的交換電流密度I0隨Pr含量的增加而逐