R-Mg-Ni系合金的貯氫及電化學(xué)性能研究.pdf

1、R—Mg—Ni系PuNi3型貯氫合金由于具有較高的放電容量、易活化以及較為適中的吸放氫平臺壓力等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到各國科研工作者的青睞，目前已成為新一代高容量稀土系貯氫電極合金的一個(gè)重要研究方向。但R—Mg—Ni系A(chǔ)B3型貯氫合金電極的循環(huán)穩(wěn)定性較差，嚴(yán)重影響了此類合金產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。本文以富鑭混合稀土ML代替單質(zhì)La，以A2B7型貯氫合金為起始研究合金，采用氬氣保護(hù)下高頻感應(yīng)熔煉的方法制備合金MLNi2.6-4.5xCo0.9Mn4.5x

2、(x=0.0-0.20)，應(yīng)用XRD衍射、P—C—T測試、電化學(xué)性能測試等手段研究了Mn元素、Mg元素、Al元素對R—Mg—Ni系A(chǔ)B3型合金電極的貯氫及電化學(xué)性能的影響，探索了各元素之間相互作用的微觀機(jī)理。
　　 對于MLNi2.6-4.5xMn4.5xCo0.9(x=0～0.2)系列合金，本文系統(tǒng)研究了Mn替代Ni對系列合金的相結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。XRD分析顯示，該體系合金由多相組成，分別是(La，Ce)2Ni7相、(P

3、r，Ce)Co3相和(La，Pr)Ni5相。隨著Mn含量的增加，(La，Pr)Ni5相在x=0.15時(shí)完全消失。P—C—T測試表明，隨著Mn含量的增加，合金的最大吸氫量從x=0時(shí)的0.81 wt％逐漸增加到x=0.1時(shí)的1.04 wt％，然后減小到x=0.20時(shí)的0.53 wt％，吸氫速率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢：電化學(xué)性能測試說明，Mn替代量x=0.10時(shí)，合金具有352 mAh/g的最大放電容量。隨著Mn含量的增加，合金抗腐蝕性能降低

4、，而合金的最大放電容量、循環(huán)穩(wěn)定性先提高然后降低。
　　 在上述研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步系統(tǒng)研究了Mg元素替代A側(cè)的混合稀土元素ML，對ML3-XMgx(Ni0.7Co0.2Mn0.1)9(x=0.5，0.75，1.0，1.25)系列合金的相結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)行了探索。XRD分析表明，系列合金均由多相組成，主相是LaNi5相、La2Ni7相和Mg2Ni相；P-C-T測試顯示，合金中Mg含量增加到x=1.0時(shí)，合金的氣態(tài)吸氫量達(dá)最大值

5、1.36 wt％，具有良好的吸氫動力學(xué)性能；電化學(xué)結(jié)果表明，ML/Mg的比值為2時(shí)，合金電極的電化學(xué)容量最大，為380mAh/g，保持較好的循環(huán)穩(wěn)定性。隨著Mg含量的增加合金的高倍率放電性能、極限電流密度IL均增加，顯著改善了合金的動力學(xué)性能。
　　 為進(jìn)一步提高合金的綜合性能，從上述合金中選擇了一種較高放電容量的ML2Mg(Ni0.7Co0.2Mn0.1)9合金為基礎(chǔ)，進(jìn)一步研究了Al部分替代Ni對ML2Mg(Ni0.7-xC

6、o0.2Mn0.1Alx)9(x=0～0.04)系列合金的相結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，合金主相由CaCu5型LaNi5相和PuNi3型PrCo3相組成，隨著Al替代量的增加，合金的晶胞體積逐漸增加；P-C-T測試表明，隨著合金中Al含量的增加，平臺壓逐漸增加，合金的吸氫量從H/M=1.16wt％(x=0)降低至H/M=0.99 wt％(x=0.04)；電化學(xué)測試表明，系列合金很容易活化，隨著Al含量的增加，合金電極的電化學(xué)容量從