A端元素對(duì)A2B7型儲(chǔ)氫合金結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響.pdf

1、本文為了進(jìn)一步優(yōu)化稀土-鎂-鎳系儲(chǔ)氫合金的A端成分，以提高合金電極的循環(huán)壽命，并且加強(qiáng)對(duì)稀土資源的平衡利用，確立了稀土-鎂-鎳系A(chǔ)2B7型合金為研究對(duì)象，并運(yùn)用一系列的研究和測試手段對(duì)該系合金進(jìn)行微觀組織結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)氫性能、電化學(xué)及動(dòng)力學(xué)性能方面的研究。重點(diǎn)研究了A端混和稀土元素含量及其與鎂的關(guān)聯(lián)變化以及在其基礎(chǔ)上的熱處理工藝等對(duì)合金結(jié)構(gòu)和各個(gè)性能的影響規(guī)律。
　　首先采用感應(yīng)熔煉方法制備A2B7型La0.83-0.5x(Pr0.1N

2、d0.1 Sm0.1Gd0.2)xMg0.17Ni3.1Co0.3Al01(x=0～1.66)儲(chǔ)氫合金，并在He+Ar氣氛和1173K下進(jìn)行退火處理。通過X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和電化學(xué)方法，系統(tǒng)研究了混合稀土(Pr，Nd，Sm，Gd)替代La元素對(duì)合金物相結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響規(guī)律。合金相結(jié)構(gòu)分析表明，混合稀土含量對(duì)合金組成和相結(jié)構(gòu)有重要的影響，隨混合稀土含量x的增加，合金中主相A2B7型（2H-Ce2Ni7型+

3、3R-Gd2Co7型）相豐度逐漸增多，其中2H-Ce2Ni7型相豐度先增多后減少，3R-Gd2Co7型相豐度則逐漸增加，主相晶胞參數(shù)隨x增加而減小。電化學(xué)分析結(jié)果表明，隨混合稀土含量增加，放氫平臺(tái)壓逐漸升高，合金電極的最大放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性均呈先增大后減小的規(guī)律，其中x=0.4合金電極具有最高的電化學(xué)放電容量（389.8mAh·g-1）和最佳的循環(huán)壽命(S100=91.30％);合金電極的高倍率放電性能(HRD)則隨x的增加獲得顯著提

4、高。適量的混合稀土替代量可顯著改善合金電極的綜合電化學(xué)性能。
　　在前期工作的基礎(chǔ)上，以其中綜合電化學(xué)性能最好的一組合金作為研究對(duì)象，分別對(duì)該成分系列A2B7型合金La0.43(Pr0.1Nd0.1 Sm0.1Gd0.2)0.4Mg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1及AB3.3型合金La0.8-x(Pr0.1Nd0.1S m0.1Gd0.2)0.4MgxNi2.9Co0.3Al0.1(x=0.15，0.17，0.2)進(jìn)行(11

5、73K，8h)、(1203K，8h)、(1223K，8h)及(1273K，6h)四種條件下的均勻退火熱處理。研究表明，兩種成分下，合金的微觀結(jié)構(gòu)組成不同，各相豐度變化規(guī)律也不同，前者只隨著退火條件不同而變化，后者則隨退火條件和成分各有變化規(guī)律。并且這種影響也反映到了合金的吸放氫性能和電化學(xué)性能上，說明熱處理?xiàng)l件和成分均對(duì)A端為混合稀土的合金電極性能影響較大。
　　最后，針對(duì)前期工作中發(fā)現(xiàn)的關(guān)于鎂元素和非鑭混合稀土元素對(duì)合金電極性能

6、影響規(guī)律相似性問題進(jìn)行了探究。設(shè)計(jì)了成分配比為La0.7-0.35x(Pr0.1Nd0.1 Sm0.1Gd0.2)xMg0.3-0.15xNi3.1Co0.3Al0.1(x=2.0，1.0，0.5，0.3，0.0，)的合金電極。研究結(jié)果表明，合金微觀組織由Pr5Co19型、2H-Ce2Ni7型、3R-Gd2Co7型及PuNi3型相組成，隨著x的減小，即鎂元素含量的增加，非鑭稀土含量的減少，合金中Pr5Co19型相先增加后減少，PuNi3

7、型相逐漸減少，2H-Ce2Ni7型相先增多后減少，3R-Gd2Co7型相逐漸增加。在適量的稀土和鎂含量共同作用下，合金較高的會(huì)具有2H-Ce2Ni7型相豐度。合金電極的平臺(tái)壓力先降低后升高，吸氫量先增加然后又減少。合金電極均能在1～3次充放電循環(huán)中完全活化，其放電容量最大值為387.6 mAh·g-1，合金電極放電容量呈先增加后減小規(guī)律，容量保持率先增大后減小，合金電極電化學(xué)性能的變化與合金微觀組織及相豐度有關(guān)。合金電極的高倍率放電性能