快凝储氢合金La_(0.8)Ce_(0.2)Ni_(4.65-x)Mn_(0.9)Ti_(0.05)(V_(0.3)Fe_(0.4)Al_(0.3))_x微观结构和电化学性能研究

采用熔铸和快凝技术制备过计量比AB5.6型储氢合金La0.8Ce0.2Ni4.65-xMn0.9Ti0.05(V0.3Fe0.4Al0.3)x(x=0~1.0),研究了(V0.3Fe0.4Al0.3)对铸态和快凝合金相结构和电化学性能的影响。XRD和SEM结果表明:铸态合金组织由基体Ca Cu5型相和少量第二相组成;当x0.7时,快凝合金组织为计量比是AB5.5的Ca Cu5型单相组织,当x≥0.7后,合金中形成少量富La的La-Ni相;铸态与快凝合金的晶胞参数a,c及晶胞体积V均随x的增加而增加,快凝合金晶胞参数和晶胞体积明显大于铸态组织。室温(298 K)下铸态和快凝合金的放氢平台压随x的增加均依次降低,其中快凝合金放氢平台压降低幅度大。电化学测试结果表明:随x的增加,铸态和快凝合金电极的活化性能和最大放电容量均呈下降趋势,但电极循环稳定性逐渐提高;x=0.3~0.5时,快凝合金电极的最大放电容量为306~316 m Ah·g-1,经100次循环后的容量保持率S100达90%左右,快凝合金电极的循环寿命明显优于铸态合金。     

熔体快淬对AB2型Laves相电极合金活化性能的影响

研究了快淬处理对AB2型Laves相电极合金初始活化性能的影响, 用XRD和SEM分析了铸态及快淬态合金的相结构, 并观察了合金的微观组织形貌.结果表明, 快淬对AB2型贮氢合金初始活化性能的影响与合金的成分密切相关.快淬基本不影响Ti基电极合金的活化性能; 对Ti-Zr基合金, 随淬速增加, 合金的活化性能剧烈下降.快淬使AB2型电极合金活化性能发生变化的根本原因是合金中形成了不同量的非晶相.     

铁对快凝稀土系贮氢合金AB5.6微观结构和电化学性能的影响

采用单辊快甩凝固技术制备了过化学计量比稀土系贮氢合金La(NiMn)5.6-xFex (x=0～0.5),研究了Fe及快淬速度对合金电极性能及微观结构的影响. 结果表明,过化学计量比快淬合金的相结构均为过饱和CaCu5单相,且随Fe的增多,合金晶胞体积基本呈线性增加,放电平台压力值递减,合金电极的放电容量增大且电极循环稳定性得到有效提高;当x≥0.4时,合金最大放电容量为341 mAh·g-1,经200次循环后电极容量保持率大于96.2%,1C和2C放电时的HRD分别为88%～89.8%和62%～70%. 不同淬速条件下合金凝固组织形貌和晶态存在明显差别,淬速对合金的电极性能有明显影响;当x=0.3,淬速为10 m·s-1时,合金电极有良好的综合电化学性能.     

熔体旋淬合金Zr_(0.9)Ti_(0.1)(Ni,Co,Mn,V)_(2.1)的微结构与电化学性能

对比研究了熔体旋淬和常规熔铸合金Zr0 .9Ti0 .1(Ni,Co ,Mn ,V) 2 .1的微结构和电化学性能 .XRD分析表明 :熔体旋淬合金在退火前后的晶体结构和铸态合金一样 ,均为面心立方结构 ,由LaveC15相组成 ;并且随旋淬速度的增加 ,旋淬合金中的非晶成分越多 .电化学测试表明 :旋淬合金有较好的活化性能 ,但其最大放电容量较低 ,小于 2 80mAh/g ;而退火后的旋淬合金需经 30次循环才能完全活化 ,其最大放电容量皆为 34 0mAh/g左右 ,高于铸态合金和退火前的旋淬合金 ;在电流密度为 30 0mA/g下进行充放电循环 ,发现退火后的旋淬合金循环稳定性明显高于铸态合金电极 ,并且随旋淬速度的增加 ,循环稳定性越好 ,经过 80 0次循环后 ,退火后的 4 0m/s合金容量保持率高达 85 % ,容量衰减率只有 6.9%     

V2.1TiNi0.4Zrx(x=0～0.06)储氢电极合金的相结构及电化学性能*

系统研究了V2.1TiNi0.4Zrx(x=0耀0.06)储氢电极合金的相结构及电化学性能. 相结构分析表明, 所有合金均由体心立方(bcc)结构的V 基固溶体主相和第二相组成, 且第二相沿主相晶界形成三维网状分布;其中, 当Zr 含量x 臆0.02时合金的第二相为TiNi基相, 而当Zr含量x达0.04时, 其第二相变为C14型Laves相, 且主相和第二相的晶胞体积均随着x 的增加而增大.电化学性能测试表明, 添加Zr 元素可以改善合金的活化性能和提高最大放电容量; 同时, 随着Zr 含量x 的增大, 合金的高倍率放电性能得到明显提高, 但充放电循环稳定性逐渐降低. 在所研究的合金样品中, V2.1TiNi0.4Zr0.04合金具有相对较好的综合性能.     

V2.1TiNi0.4Zr0.06Cux(x=0-0.12)储氢合金的微结构及电化学性能

采用磁悬浮感应熔炼方法制备了V2.1TiNi0.4Zr0.06Cux (x=0-0.12)储氢合金, 经XRD、SEM、EDS和电化学测试等系统研究了Cu添加量对合金微结构及电化学性能的影响. 结果表明, 所有合金均由V基固溶体主相和C14型Laves第二相组成, 且第二相沿主相晶界形成三维网状分布; 合金主相和第二相的晶胞体积均随着Cu含量x的增加而增大. 电化学性能测试表明, 添加适量(x=0.03-0.06)的Cu可以提高合金的最大放电容量, 并对活化性能基本没有影响; 而过高的Cu添加量(x≥0.09)会降低合金的放电容量. 此外, 添加Cu可使合金的高倍率放电性能得到明显改善, 充放电循环稳定性有所提高. 在所研究的合金样品中, V2.1TiNi0.4Zr0.06Cu0.03合金具有最佳的综合性能.     

La_(0.63)Gd_(0.2)Mg_(0.17)Ni_(3.2-x)Co_(0.3)Al_x(x=0～0.4)储氢合金的微观组织和电化学性能

采用真空感应熔炼方法制备了La0.83Mg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1和La0.63Gd0.2Mg0.17Ni3.2-xCo0.3Alx(x=0~0.4)贮氢合金,并在氩气气氛900℃进行退火处理。通过X射线衍射(XRD)、显微电子探针(EPMA)分析方法和电化学测试分析研究了Gd和Al元素对合金微观组织和电化学性能的影响。研究结果表明,该系列合金退火组织主要由Ce2Ni7/Gd2Co7型、Pr5Co19型、PuNi3型和CaCu5型相组成;Gd元素的加入使合金中CaCu5型相明显减少,Ce2Ni7型/Gd2Co7型相显著增加,x=0.1时其相丰度达到81.2%;随Al含量x不断增加,合金中CaCu5型相丰度逐渐增多,当x=0.1~0.2时,CaCu5型相丰度为4%~5%,x=0.4时,其相丰度达到66.65%。电化学测试分析表明,Gd和Al元素对合金电极活化性能影响不大,当x=0.1时,含Gd合金电极放电容量达到最大值391 mAh.g-1,随Al含量x进一步增加,合金电极放电容量降低。含Gd和加入适量的Al元素可使合金电极循环稳定性得到明显提高,当Al含量x=0.1,0.2时,经100次充放电循环后其电极容量保持率S100分别为93.7%和90.1%,其中La0.63Gd0.2Mg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1合金具有最好的综合电化学性能。     

La0.5Mg0.5(Ni1-xCox)2.28(x=0.0～0.2)储氢合金的相结构和电化学性能

用冷坩埚磁悬浮熔炼方法制备La0.5Mg0.5(Ni1-xCox)2.28(x=0.0～0.2)贮氢电极合金,采用SEM,EDS,XRD,P-C-T测试及三电极电化学性能测试研究合金的相成分、相结构、P-C-T曲线和电化学性能.EDS结合XRD分析表明,La0.5Mg0.5Ni2.28及La0.5Mg0.5(Ni0.85Co0.15)2.28合金主相均为MgSnCu4型的LaMgNi4相,还包括LaNi5和(La,Mg)Ni3相.P-C-T曲线显示,合金均有双放氢平台,合金的贮氢量由Co替代量x=0.0时的1.24%增大至极大值x=0.15时的1.27%.电化学性能测试表明,随Co含量增加,最大放电容量从329.0mAh·g-1(x=0.0)增大到337.5 mAh·g-1(x=0.15),合金活化性能及高倍率放电性能明显改善;循环稳定性无明显变化.     

钇对AB_5型La_(0.7-x)Y_xCe_(0.3)Ni_(3.9)Co_(0.45)Mn_(0.35)Al_(0.3)储氢合金的组织和电化学性能的影响

用真空电弧熔炼和热处理(1000℃×10 h)制备了AB_5型La_(0.7-x)Y_xCe_(0.3)Ni_(3.9)Co_(0.45)Mn_(0.35)Al_(0.3)(x=0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4)退火合金,研究了A端Y元素对退火合金微观组织、相结构及电化学性能的影响。XRD和SEM电镜分析结果表明,退火合金微观组织均有CaCu_5型主相和少量第二相组成,随Y含量的增大,主相的晶胞参数a,c及晶胞体积V依次减小。电化学测试结果表明:经100次充放电循环后的容量保持率S_(100)=77.6%～88.1%,合金电极的高倍率放电性能HRD_(900)=86.9%～92.9%。Y元素的添加对提高合金的循环寿命效果显著。其中Y含量x=0.2时的合金具有较好的综合电化学性能, 100次充放电后的循环寿命S_(100)=88.1%,高倍率放电性能HRD_(900)=92.9%。合金电极反应动力学由合金表面电荷转移速率和氢在合金体相中的扩散共同控制。     

铸态及快淬态CeMg10Ni2合金电化学储氢热力学及动力学性能研究

为了改善CeMg₁₀Ni₂合金的电化学储氢性能,快淬技术被用来制备具有非晶纳米晶结构的CeMg₁₀Ni₂合金. 运用X射线衍射及高分辨透射电镜对合金的微观结构及其相组成进行分析. 通过恒电流充放电、高倍率放电、交流阻抗以及动电位极化测试对合金的电化学性能进行了详细研究. 研究结果表明,铸态合金由多相结构组成,经过快速凝固处理的合金内部含有大量的非晶纳米晶结构,而且增加的凝固速度可以增强合金内部的非晶纳米晶形成能力. 快速凝固处理减小了合金的热力学参数（ΔH和ΔS）,降低了合金氢化物的热稳定性,改善了电化学放电容量. 另外,快速凝固处理显著改善了合金的电化学动力学性能,合金的表观活化能变化进一步解释了这一结论.     

V2.1TiNi0.4Zr0.06Cux（x=0-0.12）储氢合金的微结构及电化学性能

采用磁悬浮感应熔炼方法制备了V2.1TiNi0.4Zr0.06Cux(x=0-0.12)储氢合金,经XRD、SEM、EDS和电化学测试等系统研究了Cu添加量对合金微结构及电化学性能的影响.结果表明,所有合金均由V基固溶体主相和C14型Laves第二相组成,且第二相沿主相晶界形成三维网状分布;合金主相和第二相的晶胞体积均随着Cu含量x的增加而增大.电化学性能测试表明,添加适量(x=0.03-0.06)的Cu可以提高合金的最大放电容量,并对活化性能基本没有影响:而过高的Cu添加量(x≥0.09)会降低合金的放电容量.此外,添加Cu可使合金的高倍率放电性能得到明显改善,充放电循环稳定性有所提高.在所研究的合金样品中,V2.1TiNi0.4Zr0.06Cu0.03合金具有最佳的综合性能.     

薄壁铸造和退火工艺对LPCNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3贮氢合金电化学性能的影响

研究了不同铸锭厚度(1～10mm)对薄壁铸造的铸态和退火态LPCNi3．55Co0.75Mn0.4Al0.3贮氢合金电化学性能的影响。结果发现：铸态LPCNi3．55Co0.75Mn0.4Al0.3合金的0．2C放电容量随着合金锭厚度的增加有增大的趋势。10mm厚铸态合金的活化性能优于其它厚度的合金，且在1C的放电容量和循环稳定性比在其它厚度的高。主要原因应归结为该厚度合金具有更大的晶胞体积和更小的晶格应力。退火态3mm LPCNi3．55Co0.75Mn0.4Al0.3合金的综合电化学性能比铸态更优异，6mm合金的循环稳定性和3～6mm合金的活化性能得到改善。主要原因应归结为晶格应力的极大释放以及Mn等元素偏析的改善。     

薄壁铸造和退火工艺对LPCN3.55Co0.75Mn0.4Al0.3贮氢合金电化学性能的影响

研究了不同铸锭厚度(1～10mm)对薄壁铸造的铸态和退火态LPCN3.55Co0.75Mn0.4Al0.3-一种新型贮氢合金电化学性能的影响。结果发现：铸态LPCNi3．55Co0.75Mn0.4Al0.3合金的0．2C放电容量随着合金锭厚度的增加有增大的趋势。10mm厚铸态合金的活化性能优于其它厚度的合金，且在1C的放电容量和循环稳定性比在其它厚度高。主要原因应归结为该厚度合金具有更大的晶胞体积和更小的晶格应力。退火态3mm LPCNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3合金的综合电化学性能比铸态更优异，6mm合金的循环稳定性和3～6mm合金的活化性能得到改善。主要原因应归结为晶格应力的极大释放以及Mn等元素偏析的改善。     

钆对La-Mg-Ni系A_2B_7型储氢合金微观结构和电化学性能的影响

用高频感应熔炼方法制备了稀土系A2B7型La0.83-xGdxMg0.17N i3.05Co0.3A l0.15(x=0~0.5)储氢合金,在Ar气氛中和1173 K下对铸态合金进行退火处理,通过X射线衍射(XRD)、电子探针显微分析方法(EPMA)和电化学测试等分析方法系统研究了稀土Gd部分替代La元素对合金微观组织和电化学性能的影响规律。研究结果表明,合金退火组织主要由Ce2N i7型、Gd2Co7型、Pr5Co19型、PuN i3型和CaCu5型相组成,稀土Gd元素能有效减少和抑制退火组织中CaCu5型相的形成,随Gd含量x增加,合金相组成中A2B7型(Ce2N i7和Gd2Co7型)相丰度呈先增加后减小的规律,当x=0.2时其相丰度最大(91.0%)。合金的PCT吸氢平台压随Gd含量的增加而升高,x=0.5时吸氢平台压力接近0.1 MPa,x=0.2时合金的吸氢量达到最大值1.34%。电化学测试分析表明,随Gd含量x的增加,合金电极最大放电容量和容量保持率均呈先增加后减小的规律,适量的Gd元素可明显改善合金的综合电化学性能。当x=0.2时,合金电极放电容量达到最大值392.9 mAh.g-1,经100...     

硼对La17Fe76B7型储氢合金结构和电化学性能的影响

采用中频感应熔炼-快淬方法制备了La17Fe3Mn5Al2Ni73-xBx(x=0,1,3,5)储氢合金。结构分析表明,不含B的合金为双相结构,主相为LaNi5相,第二相为La2Ni7相,含B合金均由LaNi5相、La2Ni7相和La3Ni13B2相组成,且随着B含量的增加,LaNi5相和La2Ni7相减少,La3Ni13B2相逐渐增加。电化学测试表明,随着B含量的增加,合金的活化性能、最大放电容量不同程度下降,而循环稳定性有所改善。合金电极的倍率放电能力(HRD)随着B含量的增加呈先增大后减小的趋势,表明适量的B有利于提高合金的高倍率放电性能。合金电极的交换电流密度(I0)随着B含量的增加先增大后减小,而氢在合金中的扩散系数(D)则逐渐增大,表明合金的高倍率放电性能主要取决于合金表面的电荷转移能力。     

钪元素对AB2型合金Zr1-xScxMn0.6V0.2Ni1.2Co0.1（x=0～1）储氢和电化学性能的影响

用真空电弧熔炼方法制备了Zr1-xScxMn0.6V0.2Ni1.2Co0.1(x=0～1)AB2型储氢合金,研究了Sc元素替代Zr对合金的微观组织结构、气态储氢及电化学性能的影响。研究结果表明,Zr1-xScxMn0.6V0.2Ni1.2Co0.1合金主要是由FCC型C15相、CsCl型结构的(ScZr)Ni相和少量的Ni10Zr7相组成,随Sc含量的增加,C15相丰度逐渐减小,(ScZr)Ni相丰度逐渐增加,当x=0.2时Ni10Zr7相基本消失;Sc元素对合金的首次气态吸氢动力学行为影响较大,随Sc含量的增加,合金吸氢动力学性能逐渐变缓,但吸氢容量逐渐提高,直至达x=1.0时的最大吸氢量1.87%;Sc元素对合金吸氢PCT曲线平衡氢压的影响规律不明显,随Sc含量增加,合金氢化物的形成焓ΔH从-26.66 kJ.mol-1逐渐减小到-8.14 kJ.mol-1。Sc元素的加入可明显改善合金电极的活化性能,提高放电容量,随Sc含量的增加,合金电极最大放电容量从x=0时的350.3 mAh.g-1增加到x=1时的429.8 mAh.g-1,呈先减小后增大的趋势,但电极容量的保持率S100随Sc含量增加而快速下降。     

熔体旋淬Ml(NiCoMnAl)_5贮氢合金的组织结构与电化学特性

对比研究了熔体旋淬和常规熔铸Ml(NiCoMnAl) 5 贮氢合金的组织结构和电化学特性。SEM和XRD分析表明 :熔体旋淬合金为细小的柱状晶粒组成 ,随着旋淬速度的增加 ,晶粒越来越细小 ,成分越来越均匀 ;它们的晶体结构和铸态一样 ,都为CaCu5 型六方晶体结构 ;随着旋淬速度的增加 ,晶粒主要按 (111) [111]择优取向生长。电化学测试表明 :旋淬态合金电极初始容量都大于 2 10mAh·g - 1 ,活化性能好 ,经两次充放电循环 ,就可达到最大放电容量。旋淬速度 10m·s- 1 的合金电极的最大放电容量 (2 94mAh·g- 1 )与铸态合金电极的最大容量相当 ,所有旋淬速度的合金电极充放电循环稳定性优于铸态合金电极。在 6 0 0mA·g- 1 电流密度下 ,旋淬速度 10m·s- 1 的合金电极充电 45min就能达到其最大容量的 6 5 %左右 ,具有较好的高倍率充放电能力 ,但随着循环次数的增加 ,它的容量稳定性稍次于旋淬速度 40m·s- 1 的合金电极。     

镁含量对RE-Mg-Ni系A2B7型储氢合金结构与性能的影响

采用感应熔炼方法制备了La0.8-xGd0.2MgxNi3.1Co0.3Al0.1(x=0, 0.1, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3, 0.4)储氢合金, 并在氩气气氛和1173 K下进行退火处理. 合金相结构分析结果表明, 镁含量(x)较低时合金以Ce2Ni7型为主相结构, A2B7型相丰度(Ce2Ni7+Gd2Co7)达到98.8%; 镁含量较高时合金相由A2B7型、 CaCu5型和PuNi3型物相构成, 随着镁含量的增加, PuNi3型和CaCu5型相组成逐渐增多, 其晶胞参数随Mg含量的增加而减小, 同时合金的吸氢平台也随之升高. 电化学测试结果表明, 随着合金中Mg含量增加, 合金电极的最大放电容量和循环稳定性均呈先增大后减小的规律, 其中x=0.15时合金电极具有最高的电化学放电容量(393 mA·h/g)和最佳的循环寿命(S100=92.82%). 合金电极的高倍率放电性能(HRD)随Mg含量的增加先减小再增大然后又减小, 适量的Mg元素改善了合金电极的动力学性能.     

Cr对V2.1TiNi0.3贮氢合金结构和电化学性能的影响

研究了Cr添加量对V_(2.1)Ti Ni_(0.3)Crx(x=0,0.2,0.4,0.6)贮氢合金的结构和电化学性能的影响。结果表明,所有合金均由V基固溶体主相和Ti Ni基第二相组成,且第二相呈网状分布在晶界上,部分呈颗粒状分布于合金主相之中。随着Cr含量增大,合金主相的晶胞体积与合金电极的最大放电容量逐渐减小,而循环稳定性逐渐增加,同时合金电极的动力学性能得到改善。在合金中添加Cr使合金电极的活化性能变差,但添加量的进一步增多对其活化性能影响不大。综合考虑,V_(2.1)Ti Ni_(0.3)Cr_(0.4)合金的电化学性能最好,最大放电容量可达442.20 m Ah·g~(-1),20次充放电循环后容量保持率达81.91%。     

混合稀土对A_2B_7型储氢合金结构和电化学性能的影响

采用感应熔炼方法制备了A2B7型La0.83-0.5x(Pr0.1Nd0.1Sm0.1Gd0.2)xMg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1(x=0~1.66)储氢合金,并在He+Ar气氛和1 173 K下进行退火处理。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学方法,研究了混合稀土(Pr,Nd,Sm,Gd)替代La元素对合金物相结构和电化学性能的影响。合金相结构分析表明,混合稀土含量对合金组成和相结构有重要的影响,随混合稀土含量x的增加,合金中主相A2B7型(2H-Ce2Ni7型+3R-Gd2Co7型)相丰度逐渐增多,其中2H-Ce2Ni7型相丰度先增多后减少,3RGd2Co7型相丰度则逐渐增加,主相晶胞参数随x增加而减小。电化学结果表明,随混合稀土含量增加,放氢平台压逐渐升高,合金电极的最大放电容量和循环稳定性均呈先增大后减小的规律,其中x=0.4合金电极具有最高的电化学放电容量(389.8 mAh·g-1)和最佳的循环寿命(S100=91.30%);合金电极的高倍率放电性能(HRD)则随x的增加获得显著提高。适量的混合稀土替代量可显著改善合金电极的综合电化学性能。