熱處理對(duì)La-Mg-Ni-Co系貯氫電極合金相結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能影響的研究.pdf

1、本文在全面綜述國(guó)內(nèi)外非AB5型稀土系貯氫合金研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上,確定以La-Mg-Ni-Co系貯氫電極合金作為研究對(duì)象,采用XRD等材料分析方法以及恒電流充放電、電化學(xué)阻抗、線性極化、陽(yáng)極極化和恒電位階躍等電化學(xué)測(cè)試技術(shù),分別就熱處理溫度對(duì)La0.7Mg03Ni2.45Co0.75Mn0.1Al0.2合金的相結(jié)構(gòu)及電化學(xué)貯氫性能的影響,熱處理保溫時(shí)間對(duì)La0.7Mg0.3Ni2.45Co0.75Mn0.1Al0.2合金的相結(jié)構(gòu)及電化學(xué)貯氫

2、性能的影響,熱處理對(duì)La0.7Mg0.3Ni2.45-xCo0.75+xMn0.1Al0.2(x=0.00,0.15,0.30)相結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能的影響進(jìn)行了詳細(xì)研究,力求通過(guò)熱處理工藝進(jìn)一步改善La-Mg-Ni-Co系貯氫電極合金的綜合電化學(xué)性能,并揭示La-Mg-Ni-Co系合金的成分、相結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能的關(guān)系,開發(fā)出一種兼具高容量和長(zhǎng)壽命的新型稀土系貯氫電極合金。對(duì)不同熱處理溫度(T=1173K-1373K,t=8h)時(shí)La0.7

3、Mg0.3Ni2.45Co0.75Mn0.1Al0.2合金的相結(jié)構(gòu)及電化學(xué)貯氫性能的研究表明,所有合金均主要由斜六面體PuNi3型結(jié)構(gòu)的(La,Mg)Ni3相和六方CaCu5型結(jié)構(gòu)的LaNi5相組成,Rietveld結(jié)構(gòu)精修發(fā)現(xiàn),隨著熱處理溫度的增加,合金中兩主相的a、c軸參數(shù)和晶胞體積均逐漸增大。熱處理態(tài)合金中(La,Mg)Ni3相的豐度高于鑄念合金,在熱處理溫度為1173K時(shí)達(dá)到最大(69.83wt.％),然后隨熱處理溫度的升高而逐

4、漸降低,而LaNi5相的豐度變化規(guī)律則相反。合金電極的最大放電容量在熱處理溫度為1173K時(shí)達(dá)到最大(Cmax=370.0mAh/g),然后隨著熱處理溫度的升高而逐漸下降。合金電極的循環(huán)穩(wěn)定性隨著熱處理溫度的增加得到改善,經(jīng)100次充放電循環(huán)后的容量保持率S100從鑄態(tài)合金時(shí)的65.5%增加到75.0%(T=1373K)。對(duì)合金電極的高倍率放電能力、電化學(xué)反應(yīng)阻抗、交換電流密度、極限電流密度的研究表明,隨著熱處理溫度的升高,合金電極的電

5、化學(xué)動(dòng)力學(xué)性能逐漸降低。綜合比較發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)1173K熱處理后的合金的綜合電化學(xué)性能最好,其最大放電容量為370.0mAh/g,活化次數(shù)為2次,1000mA/g放電電流密度下的高倍率放電能力HRD1000達(dá)到77.7%,容量保持率S100為67.5%。在上述研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究熱處理保溫時(shí)間(t=5-11h,T=1173K)對(duì)La0.7Mg0.3Ni2.45Co0.75Mn0.1Al0.2合金的相結(jié)構(gòu)及電化學(xué)貯氫性能的影響規(guī)律。結(jié)果表

6、明,上述合金仍主要由(La,Mg)Ni3相和LaNi5相組成,兩相的晶胞參數(shù)和晶胞體積均隨保溫時(shí)間的增加而增大。隨著熱處理保溫時(shí)間的增加,合金中(La,Mg)Ni3相的豐度逐漸增加,而LaNi5相的豐度逐漸減小,導(dǎo)致合金電極的最大放電容量逐漸增大。合會(huì)電極的循環(huán)穩(wěn)定性隨著保溫時(shí)間的增加得到改善,S100從鑄態(tài)合金時(shí)的65.5%增加到74.0%。合金電極的高倍率放電性能逐漸降低,研究發(fā)現(xiàn),此變化的主要原因是熱處理使得合金體內(nèi)的晶體缺陷及內(nèi)

7、應(yīng)力得到消除,成分趨于均勻化,從而降低合金的表面電催化活性和氫在合金內(nèi)的擴(kuò)散速率。浙江人‘于碩卡學(xué)位論文比較可知,經(jīng)過(guò)熱處理保溫時(shí)間8h后的合金的綜合電化學(xué)性能最好。為了進(jìn)一步研究La一Mg一Ni一co系合金的成分、相結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能的關(guān)系,從上述研究結(jié)果中選擇了一種最優(yōu)化的熱處理工藝來(lái)研究熱處理對(duì)Lao7Mgo3Ni245一xCoo75+xMno.IAloZ(x=0.00,0.15,0.30)相結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,(L

8、a,Mg)Ni3相和LaNis相仍是合金的兩種主相,不同成分合金熱處理后兩相的晶胞參數(shù)和晶胞體積均隨Co含量的增加而增大。鑄態(tài)合金電極的最大放電容量隨著CO含量的增加逐漸降低,經(jīng)熱處理后,放電容量均得到顯著的提高,提高的程度隨著CO含量的增加而減小。合金電極的循環(huán)穩(wěn)定性隨著Co含量的增加而增加,經(jīng)熱處理后均得到顯著改善,改善的幅度隨著Co含量的增加呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。合金電極的高倍率放電能力、電化學(xué)反應(yīng)阻抗、交換電流密度、極限電流密度的研究