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.     

硼的添加对Ti0.26Zr0.07V0.24Mn0.1Ni0.33贮氢合金结构和电化学性能的影响

Ti0.26Zr0.07V0.24Mn0.1Ni0.33Bx(x=0~0.10)系列合金均有V基固溶体相和C14型Laves相两相组成。添加B可提高Ti0.26Zr0.07V0.24Mn0.1Ni0.33合金的放电容量,Ti0.26Zr0.07V0.24Mn0.1Ni0.33B0.1合金电极在60 mA·g-1电流放电时的放电容量达到476.7 mAh·g-1。B的添加不同程度地降低了合金的高倍率放电性能,使合金电极表面上电化学反应的电荷转移电阻(R ct)显著增加,交换电流密度(I0)显著降低。添加B可显著改善Ti0.26Zr0.07V0.24Mn0.1Ni0.33合金电极的高温放电性能,Ti0.26Zr0.07V0.24Mn0.1Ni0.33B0.025合金电极在343 K高温下其放电容量达到525.6 mAh·g-1。     

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...     

镁含量对La1-xMgxNi2.8Co0.7合金性能与结构的影响

采用XRD分析了La1-xMgxNi2.8Co0.7(x=0.10, 0.15, 0.20, 0.25)合金的晶体结构, 研究了合金的气固相储氢特性和电化学性能. 结果表明,合金由Ce2Ni7型结构的A2B7主相和少量的具有CaCu5结构的AB5相构成,随Mg含量的增加,合金中AB5相相应减少. 合金在吸放氢过程中的熵变ΔS和焓变ΔH与AB5型合金的数值相当. 合金的电化学容量随Mg含量的增加,先增大后减小,当x=0.2时合金的容量最大为389.1 mAh·g-1. 应当特别指出的是,该类合金表现出良好的低温性能,在温度为233 K时,放电量容量仍有室温时的50%以上.     

稀土元素对Ti0.26Zr0.07V0.24Mn0.1Ni0.33贮氢合金微观结构和电化学性能的影响

本文研究了稀土元素对Ti0.26Zr0.07V0.24Mn0.1Ni0.33合金的微观结构和电化学性能的影响。结果表明,Ti0.26Zr0.07V0.24-xMn0.10Ni0.33REx(RE=Ce,Nd,Gd;x=0.01)合金均有V基固溶体相和C14型Laves相两相组成。合金中两相的晶格参数随加入稀土元素的不同而发生变化。稀土元素部分取代可改善合金电极的活化性能。然而,对合金电极的其他性能影响因元素种类不同而各异。Ce取代增大了合金电极的最大放电容量,Nd元素可以有效改善合金的高倍率放电性能。工作温度对合金电极的放电容量影响较大,Nd和Gd在333 K最大放电容量可达426和465 mAh.g-1。过高的温度使其循环容量衰减加剧。     

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。     

AB2型La1-xMgxNi2．28（X=0．0—0．6）贮氢合金相结构和电化学性能的研究

用冷坩埚磁悬浮熔炼方法制备La1-xMgxNi2.28(x=0.0～0.6)贮氢电极合金,采用FESEM,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,LaNi2.28合金主相为四方结构的La7Ni16相;Mg替代量x为0.3时合金主相为MgSnCu4型的LaMgNi4相,还含有LaNi5和(La,Mg)Ni3相.p-c-t曲线显示,当Mg替代量x不超过0.2时,合金无放氢平台;x为0.3时合金出现明显平台;x为0.5时合金出现两个放氢平台,相应贮氢量达到1.24%(质量分数).电化学性能测试表明,最大放电容量从100.2 mAh·g-1(x=0.0)增大到329.0 mAh·g-1(x=0.5),然后减小到207.8 mAh·g-1(x=0.6);活化性能改善;高倍率放电性能先降低后提高;循环稳定性S100从84.8%(x=0.0)提高到91.5%(x=0.2),然后降低到63.3%(x=0.5).     

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。     

稀土元素对R-Y-Ni系A2B7型无镁储氢合金微观结构和电化学性能的影响

采用真空电弧熔炼及退火处理制备R-Y-Ni系A_2B_7型R0.3Y0.7Ni3.25Mn0.15Al0.1(R=Y,La,Pr,Ce,Nd,Gd,Sm)储氢合金,系统研究稀土元素R对合金微观组织与结构、储氢和电化学性能的影响。XRD和SEM-EDS分析表明,合金退火组织由Ce2Ni7型主相、PuNi3型及少量Ca Cu5型相组成,Ce2Ni7型主相的晶格常数a、c及晶胞体积V均随稀土R原子半径的减小而依次降低。该合金均具有明显的吸放氢平台,常温下最大吸氢容量为1.17%~1.48%(w/w),吸氢平台压Peq为0.037~0.194 MPa。电化学分析表明,退火合金电极的电化学活化性能优良,R=La合金具有最高的放电容量(389.2 mAh·g-1)和较佳的容量保持率(充放电循环100次后的S100=85.7%),其中合金微观组织的不均匀性及稀土元素的电化学腐蚀是影响电极循环稳定性的主要原因。合金电极的高倍率放电性能(电流密度为900 m A·g-1)HRD900=71.05%~86.94%,其电极反应动力学控制步骤主要由氢原子在合金体相中的扩散速率所控制。     

无镨钕AB5型Mm（Ni,Co,Mn,Al）5合金储氢及电化学性能研究

镍氢电池是目前国内外混合动力汽车的首选电池,但随着稀土价格的不断上涨,稀土元素占其成本的比例约由14%逐步提升到55%,开发无镨、钕的高丰度镧铈稀土元素AB5型储氢材料,有助降低混合动力车用镍氢电池负极材料的成本。采用中频感应熔炼配合快淬甩带工艺制备了LaxCe1-x(NiCoMnAl)5(x=0.8,0.6,0.4)合金,并研究了合金A,B侧各元素的比例以及制备工艺对合金储氢性能及电化学性能的影响。结果表明,随着x的降低,合金的储氢量和放电容量逐渐降低。当x=0.6时,合金电极具有较好的综合电化学性能,最大放电容量达到332.81 mAh.g-1,充放电循环寿命达(715 mA.g-1,80%容量保持率,下同)215次。对该合金B侧Mn,Al含量进行优化后,原材料中的Co含量减少,合金的最高电化学容量可达319.01 mAh.g-1。合金在氩气氛保护下进行退火处理后,结晶度和均匀性上升,电化学容量有所降低,但循环稳定性得到明显改善。其中,经950℃/2 h退火处理的LaxCe1-x(NiCoMnAl)5(x=0.8)合金的最大放电容量达328.07 mAh.g-1,充放电循环寿命达364次。     

La-Mg-Ni系A2B7型贮氢合金的结构与电化学性能

合金结构研究表明,La2-xMgxNi7(x=0.3～0.8)主要由Ce2Ni7,Gd2Co7,PuNi3型物相组成.合金中Mg含量对合金相结构有着重要影响,主相的晶胞参数随Mg含量(x)的增加呈线性减小,合金的吸放氢平台也随之升高.电化学测试表明,随合金中Mg含量的增加,合金电极的放电容量先增大后减小,合金电极的循环稳定性呈恶化趋势,La1.4Mg0.6Ni7合金电极具有最高的电化学放电容量(378 mAh·g-1),La1.6Mg0.4Ni7合金电极具有最佳的循环稳定性(S270=81%).合金电极的高倍率放电性能(HRD)随Mg含量的增加而增大.当合金中Mg含量较低时(x≤0.5),合金电极反应速度控制步骤为氢在合金体相中的扩散;当Mg含量较高时(x≥0.5),合金电极反应速度控制步骤转变为电极表面的电荷转移.     

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.     

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。     

La15Fe77B8型储氢合金的结构和电化学性能

研究了快淬和退火态La15Fe77B8型储氢合金的组织结构和电化学性能。应用中频感应熔炼-快淬方法制备了La15Fe77B8型储氢合金,其组成为La15Fe2Ni72Mn7B2Al2。结构分析表明:快淬La15Fe2Ni72Mn7B2Al2合金为多相结构,包括LaNi5相、La3Ni13B2相和(Fe,Ni)相,快淬合金经1223 K保温3 h,然后在873 K保温3 h退火处理后,LaNi5相增加,La3Ni13B2相几乎消失,(Fe,Ni)相增加且形态变大。电化学测试表明,退火合金的最大容量(307 mAh.g-1)略小于快淬合金(309 mAh.g-1),而循环稳定性有所改善。退火合金电极的倍率放电能力(HRD)低于快淬合金,原因在于交换电流密度(I0)及氢在合金中的扩散系数(D)降低。快淬和退火合金电极在低温233 K时均能放出55%的容量。     

La-H化合物对LaMg2Ni合金中Mg2Ni相吸氢过程的影响

采用感应熔炼技术在Ar气氛保护下制备得到LaMg2Ni与Mg2Ni合金。X射线衍射(XRD)图表明LaMg2Ni合金在吸氢过程中分解为LaH3相和Mg2NiH4相,放氢过程中LaH3相转化为La3H7相。与Mg2Ni合金相比,LaMg2Ni合金显示出优良的吸氢动力学性能,这是由于镧氢化合物的存在及其在吸氢过程中所发生的相转变所造成的。LaMg2Ni合金280 s内吸氢即可达到最大储氢量的90%以上,而Mg2Ni合金则需要1200 s才能达到,且在相同温度下LaMg2Ni合金的吸氢反应速率常数大于Mg2Ni合金速率常数。镧氢化合物不仅有利于改善动力学性能,而且可以提高热力学性能。LaMg2Ni合金中的Mg2Ni相氢化反应焓与熵分别为-53.02 kJ.mol-1和84.96 J.K-1.mol-1(H2),这一数值小于单相Mg2Ni氢化反应焓与熵(-64.50 kJ.mol-1,-123.10 J.K-1.mol-1(H2))。压力-组成-温度(P-C-T)测试结果表明在603 K至523 K温度范围内,LaMg2Ni合金储氢容量保持稳定为1.95wt%左右,然而Mg2Ni合金的储氢容量则由4.09wt%衰减为3.13wt%,Mg2Ni合金的储氢容量在523K低温下仅为603 K时的76.5%,表明镧氢化合物能够改善Mg2Ni合金低温下的吸放氢性能。     

CeMn1-xAl1-xNi2x(x=0.00, 0.25, 0.50和0.75)合金的结构和电化学性能研究

研究了镍部分取代AB2型CeMnAl金属间化合物B侧Mn,Al形成的化学计量比合金的结构和电化学性能。XRD分析,SEM形貌观察和电化学性能测试结果表明:镍的部分取代使合金发生了相变化,形成了新相,CeMn1-xAl1-xNi2x(x=0.0,0.25,0.50和0.75)合金电极的电化学活性得到很大提高,298K时的放电容量从x=0时的17.93mAh.g-1提高到x=0.75时的118.3mAh.g-1,328 K时的放电容量从x=0时的68.42mAh.g-1提高到x=0.75时的216.1mAh.g-1。合金的电化学P-C-T曲线表明:无Ni的CeMnAl合金几乎没有平衡氢压平台,随Ni取代量的增加,合金的平衡氢压平台斜率变小,宽度增大。     

La-Nd-Y-Ni系A5B19型退火合金的相结构及储氢与电化学性能研究

稀土元素对超点阵结构RE-Mg(Y)-Ni系AB_3.0-4.0型合金的储氢和电化学性能具有重要的影响。制备了新型A₅B₁₉型La-Y-Ni系退火合金La_0.4-xNd_xY_0.6Ni_3.52Mn_0.18Al_0.1(x=0～0.4),利用XRD,SEM,XPS,气-固反应储氢及电化学方法系统研究了Nd对合金相组成、储氢性能和电化学性能的影响规律和作用,并观察分析了电极表面的腐蚀形貌与产物组成。结果表明：随Nd元素增加,合金中A₅B₁₉型主相丰度逐渐提高,其中3R-Ce₅Co₁₉型相丰度达到70%。该合金具有良好的气体吸氢动力学和储氢PCT曲线平台特性。随Nd元素增加,合金最大储氢量达到1.38%～1.46%(质量分数),吸氢平台压从0.02 MPa逐渐升高至0.064 MPa。电化学分析表明：含Nd合金电极具...     

Ti0.10Zr0.15V0.35Cr0.10Ni0.30+5wt% LaNi5复合储氢合金的电化学性能与协同效应

为了改善钛钒基固溶体合金的电化学性能,利用两步电弧熔炼法制备复合储氢合金Ti0.10Zr0.15V0.35Cr0.10Ni0.30+5wt%LaNi5,X-射线衍射(XRD)和场发射扫描电镜-能谱(FESEM-EDS)显示:复合储氢合金的主相是体心立方结构的钒基固溶体相和六方结构的C14 Laves相,复合过程中生成了第二相。电化学测试结果表明:复合合金电极的P-C-T特征、活化性能、最大放电容量、循环稳定性、低温放电性能和动力学特性均较母体合金有显著改善。复合合金电极的活化周期数为5,最大放电容量为353.9 mAh.g-1,233 K时低温放电能力为50.26%。该复合合金电极的最大储氢容量、平台压、电荷转移电阻和交换电流密度均存在协同效应;在任意循环、在高/低温下以及在高倍率放电过程中,该复合合金电极的放电容量均存在协同效应。     

球磨La2Mg17+x％Ni(x=50,100,150,200)复合贮氢合金的电化学性能研究

研究了球磨制备的La2 Mg17+x％Ni(x =50,100,150,200)复合贮氢合金的电化学性能.XRD分析表明:随着Ni含量的增加,复合合金的晶体结构逐渐转变为非晶结构.电化学测试显示:球磨制备的La2Mg17+x％Ni复合贮氢合金在首次循环后即可达最大放电比容量,合金具有较好的活化性能;复合合金的放电比容量也随Ni粉加入量的增加而增大.在经过60h球磨后制得的非晶态的La2 Mg17+ 200％ Ni复合贮氢合金,其303 K下放电比容量为353.1 mAh·g-1.电化学放电比容量的提高应归因于非晶结构的形成以及Ni粉对表面状态的改变.     

钙对(LaCa)-Y-Ni系储氢合金电化学循环稳定性的影响

采用真空感应熔炼法制备La1-xCaxY2Ni10.9Mn0.5 (x=0～0.2)储氢合金薄带,在Ar气氛下1148K热处理16h,研究少量Ca元素对合金电化学性能及容量衰减的影响.结果 表明:Ca元素促进合金中Ce5Co19相的形成,合金电极的最大放电容量下降,高倍率性能得到显著提升,x=0.2时,HRD3000=...