Mm–Mg–Ni系合金儲(chǔ)氫與電化學(xué)性能研究.pdf

1、RE-Mg-Ni合金電極的放電容量較傳統(tǒng)AB5型合金電極高、且RE-Mg-Ni儲(chǔ)氫合金電極作為Ni-MH電池的負(fù)極材料易活化、綠色無(wú)污染等特點(diǎn)一直備受人們的關(guān)注。本文在氬氣保護(hù)下采用高頻感應(yīng)懸浮熔煉法制備RE-Mg-Ni基儲(chǔ)氫合金,并利用PCT測(cè)試、XRD、HRD、CV等方法對(duì)合金進(jìn)行測(cè)試,研究元素添加、熱處理工藝對(duì)RE-Mg-Ni基儲(chǔ)氫合金相結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。
　　經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)在Mm0.75Mg0.25Ni3.5Co0.2A

2、lx(x=0.0-0.4)合金中,合金相主要由LaNi5相組成;隨著Al含量的增加LaNi5相晶胞體積逐漸減小,氫原子所占空間位置變小,儲(chǔ)氫容量隨之下降。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)Mm0.75Mg0.25Ni3.5Co0.2Alx(x=0.0-0.4)合金電極的最大放電容量分別為:385 mA·h/g(x=0.0)、378 mA·h/g(x=0.1)、337 mA·h/g(x=0.2)、334 mA·h/g(x=0.3)和323 mA·h/g(

3、x=0.4),這與合金的儲(chǔ)氫容量變化規(guī)律基本一致。經(jīng)過(guò)100次充放電循環(huán),其容量保持率由52.6％(x=0.0)增加到84.6%(x=0.4)。
　　基于Mm0.75Mg0.25Ni3.5Co0.2Al0.3合金電極的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)和循環(huán)穩(wěn)定性性能較好,在不同的溫度下對(duì)Mm0.75Mg0.25Ni3.5Co0.2Al0.3合金進(jìn)行退火處理,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)合金電極的最大放電容量分別為346 mA·h/g(鑄態(tài))、346 mA·h/g(6

4、50℃)、340 mA·h/g(750℃)、343 mA·h/g(850℃)和343 mA·h/g(950℃),經(jīng)過(guò)150個(gè)充放電循環(huán)后,合金電極的放電容量保持率分別為55.75%(鑄態(tài))、59.54%(650℃)、57.44%(750℃)、58.31%(850℃)、54.51%(950℃),可見(jiàn)退火處理對(duì)合金電極的放電容量影響較小,在650℃-850℃溫度范圍內(nèi),合金電極的循環(huán)穩(wěn)定性略有提高。
　　為了進(jìn)一步研究Mm0.75Mg

5、0.25Ni3.5Co0.2Al0.3合金電極的儲(chǔ)氫性能和電化學(xué)性能,通過(guò)改變Mm0.75Mg0.25Ni3.5Co0.2Al0.3合金中Pr/Mm的比例發(fā)現(xiàn),當(dāng)Pr/Mm比例在5%-25%內(nèi),合金相主要由LaNi5相、LaAlNi4相和少數(shù)La2Ni7相組成。隨著 Pr/Mm比例增加,LaNi5相晶胞體積逐漸減小,La2Ni7相和LaAlNi4相衍射峰強(qiáng)度減弱,合金電極的最大放電容量由336mA·h/g(Pr/Mm=5%)降低至316

6、mA·h/g(Pr/Mm=25%)。但改善了合金電極的循環(huán)壽命,經(jīng)過(guò)100個(gè)充放電循環(huán)后,電極的電容量保持率由Pr/Mm=5%的66.37%增加到Pr/Mm=25%的73.73%,同時(shí)高倍率放電性能也得到了明顯的改善。在放電電流密度為1200mA/g條件下,Mm0.75Mg0.25Ni3.5Co0.2Al0.3(Pr/Mm=(5%-25%))合金電極的高倍率放電性能 HRD1200從66.2%（Pr/Mm=5%)逐漸增加到75.6%（P

7、r/Mm=25%)。根據(jù)電化學(xué)動(dòng)力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果,合金電極的陽(yáng)極氧化峰密度Ip依次為1087.0,1530.3,1559.3,2020.3和1407.6 mA/g,極限電流密度IL為869.0,1302.3,1798.7,1801.3和1525.7 mA/g。這說(shuō)明當(dāng)Pr/Mm的比例在15%~25%范圍內(nèi),合金具有良好的動(dòng)力學(xué)性能。
　　采用分段保溫法、在不同溫度下對(duì)Mm0.75Mg0.25Ni3.5Co0.2Al0.3合金的電化

8、學(xué)性能影響的研究發(fā)現(xiàn)。在700℃-800℃溫度范圍內(nèi),分段保溫法退火處理均能提高合金電極最大放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性,尤其在溫度為800℃條件下,合金電極的綜合電化學(xué)性能最好,其最大放電容量從343mA·h/g(As-cast)增加至351 mA·h/g;且經(jīng)過(guò)130個(gè)充放電循環(huán)后,合金電極容量保持率S130由66.29%（As-cast)增加至82.27%,合金電極的高倍率放電性能HRD1200由74.5%增加到76.6%,陽(yáng)極氧化峰電流