La-Y-Ni系超點陣結(jié)構(gòu)A2B7型儲氫合金微觀組織和電化學(xué)性能研究.pdf

1、研究具有高容量和良好循環(huán)穩(wěn)定性的儲氫合金是發(fā)展氫能和高功率密度鎳氫電池的關(guān)鍵。新型R-Mg-Ni系儲氫合金雖然具有較高的放電容量，但其循環(huán)穩(wěn)定性差，工業(yè)生產(chǎn)過程中存在危險的原因制約了該系列合金推廣應(yīng)用。本文在系統(tǒng)綜述了各類型儲氫合金，尤其是La-Mg-Ni系儲氫合金國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以同樣原子半徑較小的元素Y來替代Mg，選擇La-Y-Ni系A(chǔ)2B7型儲氫合金為研究對象。采用XRD、SEM、EDS及相應(yīng)的電化學(xué)測試手段，系統(tǒng)研究了A

2、端元素La和Y的相對含量對無Mg超點陣結(jié)構(gòu)La-Y-Ni系A(chǔ)2B7型儲氫合金相結(jié)構(gòu)演變及電化學(xué)性能的影響規(guī)律規(guī)律。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對Y1-xLaxNi3.25Mn0.15Al0.1(x=0、0.15、0.25、0.33、0.5、0.75、1)系列儲氫合金研究結(jié)果表明，該系列合金均為多相結(jié)構(gòu)，但均以A2B7相為主相。隨著x的增大A2B7相豐度先增大后減小，x=0.33時A2B7相豐度最高。電化學(xué)測試結(jié)構(gòu)表明，x=0.33

3、時合金具有較大放電容量和較好的循環(huán)壽命,這與其A2B7型相豐度較高有關(guān)，x=0.33時合金同樣具有較好的高倍率放電性能，電分析測得的D0與其規(guī)律一致。A端元素La和Y的比例對合金的相結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能影響很大，La和Y的比例為1:2時，合金具有較好的綜合電化學(xué)性能。⑵對La0.33Y0.67Ni3.25Mn0.15Al0.1合金在不同溫度下退火，研究結(jié)果表明，適當(dāng)提高退火溫度有利于主相Ce2Ni7型相豐度的提高，當(dāng)退火溫度為950℃時，C

4、aCu5和Gd2Co7型相基本消失，此時Ce2Ni7型相的豐度達(dá)到最大值93.18%。當(dāng)退火溫度≥950℃時，Ce5Co19型相有所增加。退火后合金的放氫PCT曲線及其電化學(xué)性能與微觀組織以及各物相的晶胞體積密切關(guān)系。950℃退火合金的Ce2Ni7型主相豐度和晶胞體積最大，此時合金具有較低放氫平臺壓（0.0192~0.087atm）以及最高的儲氫量和電化學(xué)放電容量371mAh/g，經(jīng)100次充放電循環(huán)后合金電極容量的保持率S100達(dá)到最

5、大值88.9%。退火合金電極的HRD性能均得到不同程度地提高，HRD900隨退火溫度增加呈先增加后減小規(guī)律，其中950oC退火合金的大電流放電性能最佳，其 HRD900達(dá)到83.4%。氫在La0.25Y0.75Ni3.25Mn0.2Al0.15合金中的擴(kuò)散是影響其高倍率放電性能的控制因素。⑶采用簡單蒸發(fā)溶劑相轉(zhuǎn)化法對儲氫合金顆粒及電極片表面包覆NAFION，系統(tǒng)研究了不同濃度NAFION包覆合金的表面形貌及其對合金電化學(xué)性能的影響。研究

6、表明，隨NAFION稀釋比例的不斷增加，合金顆粒表面形成的NAFION由分散和凸起的白色片狀物逐漸向形成薄且鋪展性較好的薄膜狀產(chǎn)物變化，但并沒有形成連續(xù)完整的包覆層，只在顆粒表面一些較平整的區(qū)域形成了NAFION膜。電化學(xué)性能測試表明NAFION稀釋比例為1：5時的合金電極放電容量最大且100次充放電循環(huán)容量保持率S100優(yōu)于未包覆的裸合金。表面包覆NAFION后，合金電極大電流放電性能明顯下降，合金電極反應(yīng)時表面電子交換阻力增加（或交