四元Mg0.9Ti0.1Ni0.9X0.1(X=Mn,Zn,Co,Fe)系列合金的制备及性能研究

用机械合金化法合成了Mg0.9Ti0.1Ni0.9X0.1(X=Mn,Zn,Co,Fe)系列合金.X射线衍射(XRD)结构分析表明,用X部分替代Ni后,促进了Mg0.9Ti0.1Ni合金的非晶化过程.用Co和Fe部分替代Ni提高了合金的放电容量,但却降低了合金的循环稳定性.用Zn和Mn部分替代Ni提高了合金电极的循环寿命,尤其是Mg0.9Ti0.1Ni0.9Zn0.1合金电极经10个充放电循环后,其放电容量仍可达到313.8mA.h/g.对添加Co后的合金进行p-c-T测试发现,Mg0.9Ti0.1Ni0.9Co0.1合金的吸放氢容量明显比Mg0.9Ti0.1Ni合金高,这与电化学所测到的结果一致.     

四元Mg0.9Ti0.1Ni0.9X0.1(X=Mn,Zn,Co,Fe)系列合金的制备及性能研究

用机械合金化法合成了Mg0.9Ti0.1Ni0.9X0.1(X=Mn, Zn, Co, Fe)系列合金. X射线衍射(XRD)结构分析表明, 用X部分替代Ni后, 促进了Mg0.9Ti0.1Ni合金的非晶化过程. 用Co和Fe部分替代Ni提高了合金的放电容量, 但却降低了合金的循环稳定性. 用Zn和Mn部分替代Ni提高了合金电极的循环寿命, 尤其是Mg0.9Ti0.1Ni0.9Zn0.1合金电极经10个充放电循环后, 其放电容量仍可达到313.8 mA·h/g. 对添加Co后的合金进行p-c-T测试发现, Mg0.9Ti0.1Ni0.9Co0.1合金的吸放氢容量明显比Mg0.9Ti0.1Ni合金高, 这与电化学所测到的结果一致.     

Ti和Zr的取代对MgNi型储氢合金电极电化学性能的影响

使用机械合金化法成功地合成了镁基储氢合金MgNi, Mg_0.9Ti_0.1Ni,和Mg_0.9Ti_0.06Zr_0.04Ni，并对其结构和电化学性能进行了研究。X射线衍射（XRD）表明，这一系列合金的主相为非晶态，透射电镜（TEM）表明，Ti和Zr取代的合金的颗粒直径约为2~4 μm。Ti和Zr的取代提高了合金电极的循环寿命。50周充放电循环后， Mg_0.9Ti_0.06Zr_0.04Ni合金电极的放电容量高于MgNi合金电极91.74%，高于Mg_0.9Ti_0.1Ni合金电极37.96%。电极容量衰减的主要原因是在合金电极表面形成Mg的腐蚀产物Mg(OH)₂。动电位扫描结果显示，Ti和Zr的添加提高了合金电极在碱液中的抗腐蚀性能。交流阻抗(EIS)测试表明，适量Ti和Zr的添加可以明显提高合金电极的电催化活性。     

四元Mg0.9Ti0.1Ni0.9X0.1(X=Mn,Zn,Co,Fe)系列合金的制备及性能研究

用机械合金化法合成了Mg0·9Ti0·1Ni0·9X0·1(X=Mn,Zn,Co,Fe)系列合金.X射线衍射(XRD)结构分析表明,用X部分替代Ni后,促进了Mg0·9Ti0·1Ni合金的非晶化过程.用Co和Fe部分替代Ni提高了合金的放电容量,但却降低了合金的循环稳定性.用Zn和Mn部分替代Ni提高了合金电极的循环寿命,尤其是Mg0·9Ti0·1Ni0·9Zn0·1合金电极经10个充放电循环后,其放电容量仍可达到313·8mA·h/g.对添加Co后的合金进行p-c-T测试发现,Mg0·9Ti0·1Ni0·9Co0·1合金的吸放氢容量明显比Mg0·9Ti0·1Ni合金高,这与电化学所测到的结果一致.     

CoO添加剂对La0.7Mg0.3(Ni0.85Co0.15)3.5贮氢合金电化学性能的影响

为了改善La-Mg-Ni-Co型贮氢合金电极材料的电化学循环稳定性，采用真空中频感应电炉熔炼的方法制备了La0.7Mg0.3（Ni0.85Co0.15）3．5合金，研究了CoO添加剂（添加量分别为0％，2．5％，5％和15％）对其电化学性能的影响。结果表明，当以机械混合的方式在铸态La0.7Mg0．3（Ni0.85Co0.15）3．5合金粉中添加5％CoO时，可使合金电极在高温、低温和室温时的放电容量及室温充放电循环寿命大幅度提高。电化学测试及X射线衍射（XRD）分析结果表明，CoO可能是通过促进La0.7Mg0.3（Ni0．85Co0.15）35合金中某个（些）相的电化学反应，及其本身在充放电过程中发生可逆电化学反应，改善La0．7Mg0．3（Ni0．85Co0．15）3．5合金电化学性能。     

Mg1.75Al0.25Ni1-xCrx (0≤x≤0.2)合金的制备及其性能

用扩散烧结法制备了Mg1.75Al0.25Ni1-xCr（0≤x≤0．2）系列合金,XRD结构分析表明,用Cr部分替代Mg1.75Al0.25Ni中的Ni,合金的晶体结构并不发生改变,主相为具有立方Ti2Ni结构的Mg3AlNi2相,只是其晶格常数α变大,Cr的替代提高了合金的放电容量,经过一个充放电循环后达到最大值。当x为0．1时,有利于提高合金电极的循环稳定性。测试4种合金阳极极化曲线发现,其腐蚀电位由正到负的顺序为Mg1.75Al0.25Ni0.9Cr0.1〉Mg1.75Al0.25Ni〉Mg1.75Al0.25Ni0.8Cr0.2〉Mg2Ni,说明Mg1.75Al0.25Ni0.9Cr0.1合金具有相对较好的抗腐蚀性．该系列合金循环稳定性结果也支持这一结论．用球磨方法改变合金性能,发现合金的相组成和相结构在球磨后均发生了变化,合金不再需要活化过程,但其放电容量并没有得到提高。     

Mg0.9Ti0.1Ni0.85Co0.15合金的石墨粉及镍粉球磨表面包覆性能

选用非晶态的Mg0.9Ti0.1Ni0.85Co0.15合金粉末与石墨粉及镍粉进行球磨表面包覆。SEM分析结果表明,己包覆石墨和镍粉的合金表面上吸附着一层小的颗粒,形成薄层将原来的合金表面包覆起来。使用XPS分析了合金表面元素。结果表明,包覆石墨粉后,合金表面碳元素的质量分数和原子分数均增加,Mg的质量分数从22.74%减小至22.23%,原子分数从36.43%减小到32.94%,从而减小了Mg在碱液中的腐蚀几率,提高合金的抗腐蚀性能;包覆镍粉后,合金表面Ni的质量分数由59.89%增加到60.04%,原子分数由40.63%增加到41.02%,形成合金表面富Ni的保护层,提高了合金的抗腐蚀性能。充放电循环测试表明,循环30周后,包覆石墨粉的合金电极容量保持率为32.05%,包覆镍粉的合金电极容量保持率为41.26%,而未包覆的电极容量保持率仅为17.88%。合金电极极化曲线测试结果表明,石墨或镍粉的包覆提高了Mg0.9Ti0.1Ni0.85Co0.15合金电极的循环稳定性和在KOH碱液中的抗腐蚀性能。     

Mg0.9Ti0.1Ni1－xCox (x＝0.05, 0.1, 0.15, 0.2)合金的合成及电化学性能研究

采用机械合金化法合成了Mg_0.9Ti_0.1Ni_1－xCo_x (x＝0.05, 0.1, 0.15, 0.2)系列四元合金, 并对该系列合金的结构和电化学性能等方面进行了研究. 球磨100 h的该系列合金, XRD结果表明, X射线衍射峰均呈现宽化趋势, 基本呈非晶态. 充放电结果表明, 该系列合金具有较好的活化性能, 它们的循环稳定性明显好于MgNi合金, 其中Mg_0.9Ti_0.1Ni_0.8Co_0.2最大放电容量最高, 为427.5 mAh•g^－1. 在充放电循环过程中, Mg在合金表面形成了Mg(OH)₂是合金电极衰减的主要原因. 腐蚀曲线的测试结果表明, Co的添加可以提高合金电极在碱液中的抗腐蚀能力, 从而提高了电极的循环稳定性.     

Effects of Ti and Co on the Electrochemical Characteristics of MgNi-Based Alloy Electrodes

Mg-based hydrogen storage alloys MgNi, Mg0.9Ti0.1Ni and Mg0.9Ti0.1Ni0.9Co0.1 were successfully prepared by means of mechanical alloying （MA）. The structure and the electrochemical characteristics of these Mg-based materials were also studied. The results of X-ray diffraction （XRD） and scanning electron microscopy （SEM） show that the main phases of the alloys exhibit amorphous structures, and trace of Ni co-exists. The charge-discharge cycle tests indicate these alloys have good electrochemical active characteristics. And the cycle stability of Ti and Co doped alloy was better than that of MgNi alloy. After 50 cycle charge-discharge, the discharge capacity of the Mg0.9Ti0.1Ni0.9Co0.1 alloy was much better than that of MgNi and Mg0.9Ti0.1Ni alloys. The discharge capacity of Mg0.9Ti0.1Ni0.9Co0.1 was 102.8% higher than that of MgNi alloy, and 45.49% higher than that of the Mg0.9Ti0.1Ni alloy. During the process of charge-discharge cycle test, the main reason for the electrode capacity fading is the corrosion of Mg to Mg（OH）2 on the surface of alloys. The Tafel polarization test indicates Ti and Co improve the anticorrosion in an alkaline solution. The EIS results suggest that proper amount of Ti and Co doping improve the electrochemical catalytical activity on the Mg-based alloy surface significantly.     

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。     

退火温度对La0.75Mg0.25Ni3.5Co0.2贮氢电极合金的结构及电化学性能的影响

为了改善La-Mg-Ni系合金电极的循环稳定性,对铸态合金La0.75Mg0.25Ni3.5Co0.2在0.3 MPa压力氩气保护下进行不同温度的退火（1123,1223和1323 K）,保温时间均为10 h。系统研究了退火温度对合金的微观结构及电化学性能的影响。X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）研究结果表明,合金具有多相结构,当铸态及1123 K温度退火后合金主要由LaNi5,（La,Mg）2（Ni,Co）7相以及少量的LaNi2相组成。当退火温度为1223和1323 K时,合金中LaNi2相消失,合金主要由LaNi5,（La,Mg）2（Ni,Co）7及（La,Mg）（Ni,Co）3相组成。随退火温度提高,合金最大放电容量单调下降,但合金的循环稳定性得到改善。退火处理改善合金循环稳定性的原因在于退火后合金组织均匀,晶粒增大,在KOH电解质溶液中增强合金电极抗氧化腐蚀能力,抑制合金颗粒粉化。     

Mg0.9Ti0.1Ni1－xCox (x＝0.05, 0.1, 0.15, 0.2)合金的合成及电化学性能研究

采用机械合金化法合成了Mg_0.9Ti_0.1Ni_1－xCo_x (x＝0.05, 0.1, 0.15, 0.2)系列四元合金, 并对该系列合金的结构和电化学性能等方面进行了研究. 球磨100 h的该系列合金, XRD结果表明, X射线衍射峰均呈现宽化趋势, 基本呈非晶态. 充放电结果表明, 该系列合金具有较好的活化性能, 它们的循环稳定性明显好于MgNi合金, 其中Mg_0.9Ti_0.1Ni_0.8Co_0.2最大放电容量最高, 为427.5 mAh•g^－1. 在充放电循环过程中, Mg在合金表面形成了Mg(OH)₂是合金电极衰减的主要原因. 腐蚀曲线的测试结果表明, Co的添加可以提高合金电极在碱液中的抗腐蚀能力, 从而提高了电极的循环稳定性.     

添加元素对AB2型Laves相合金电化学性能的影响

比较系统地研究了AB2型Laves相合金Zr0.9Ti0.1Ni0.1Mn0.7V0.3M0．1(M=None，Ni．Mn．V．Co．Cr．Al．Fe，Mo．Si．C．Zn，Cu和B)的相结构和电化学性能以及高温和低温放电性能等．结果表明．14种合金均具有六方C14型Laves相的主相晶体结构．同时，含有少量立方Cl5型Laves相和一些由Zr9Ni11及ZrNi组成的非Laves相；添加V和Mn可提高AB2合金的放电容量；添加B和Mn则显著提高了AB2合金的高倍率放电性能和低温放电容量；添加Al，C．Si和Co对合金电极的循环稳定性改善明显；而Mn．Ni．V．Fe．Cu．Mo和B等却不同程度地降低了循环稳定性；添加Si．Mo，V，Cr和Al可明显改善合金电极的自放电性能；添加Si．Cr．V可显著改善AB2合金电极的高温放电性能．讨论了各种添加元素影响合金性能的可能原因．     

热处理对La0.63Gd0.2Mg0.17Ni3.1Co0.3Al0.1储氢合金微观组织和电化学性能的影响

在氩气气氛和1173 K保温条件下对La0.63 Gd0.2 Mg0.17Ni3.1 Co0.3 Al0.1储氢合金进行不同时间(t=8 ～168 h)的热处理,采用电感耦合等离子发射光谱(ICP)、X射线衍射(XRD)、电子探针显微分析方法(EPMA)和电化学测试分析方法对比研究了退火时间对合金显微组织演化和电化学性能的影响.研究结果表明,铸态合金组织由Ce2 Ni7型、Gd2Co7型、Pr5 Co19型、PuNi3型和CaCu5型相组成,其Ce2 Ni7型相的丰度为78.9％,随退火时间的延长,退火合金中Ce2 Ni7型相的丰度逐渐增加,当退火时间t=168 h时其相丰度达到94.5％,Ce2 Ni7型相结构的晶胞参数和晶胞体积随退火时间增加而减小.电化学测试分析表明,退火合金电极的电化学性能与Ce2 Ni7型相的丰度有密切关系,退火时间对合金电极的活化性能影响不大,但合金电极放电容量随退火时间的延长逐渐提高,当t=168 h时,合金电极放电容量达到最大值386.8mAh·g-1;退火时间对合金电极循环稳定性的提高和改善有不同程度的影响,当退火时间t=16～168 h时,经100次充放电循环后,其电极容量保持率S100=90.3％～91.5％.热处理能有效改善合金电极电化学反应的动力学性能,但不同退火时间对合金电极的高倍率放电性能影响不明显.     

Mg基非晶合金及La-Mg-Ni基复合物储氢电极的结构与电化学性能

Mg50Ni50非晶合金具有较高的初始放电容量(500mAh/g),有希望成为Ni-MH二次电池的负极合金材料.但较差的循环稳定性限制了它的进一步开发和应用.为此,本研究采用机械合金化方法,基于Mg侧进行元素替代,获得了四元Mg0.9-xTi0.1PdxNi(x=0.04-0.1)储氢合金.XRD和TEM分别从宏观和微观角度证实该系列合金仍为非晶态合金.本研究还发现,随着Pd含量的增加,腐蚀电流降低;合金的抗腐蚀能力提高.当Pd含量达到0.1的时候,Mg0.8Ti0.1Pd0.1Ni合金的耐蚀能力达到最大,其容量保持率也达到最高,经80次循环后放电容量仍然保持在200mAh/g以上.AB3型La-Mg-Ni储氢合金与Mg基合金类似之处在于:具有较高的初始放电容量但循环容量保持率较低.为此,本研究将AB3型La0.7Mg0.3Ni3.5合金与具有较高循环稳定性的AB2型Ti0.17Zr0.08V0.35Cr0.1Ni0.3合金相复合,获得新型AB3-AB2复相合金.XRD研究表明复合物中La0.7Mg0.3Ni3.5和Ti0.17Zr0.08V0.35Cr0.1Ni0.3仍旧保持原有结构.扫描电镜(SEM)研究发现,复合物颗粒的平均尺寸在50 μm左右.由于Ti0.17Zr0.08V0.35Cr0.1Ni0.3相的防护,复合物的耐腐蚀能力及100次循环容量保持率(62.3%)得以显著提高.     

Mg基非晶合金及La-Mg-Ni基复合物储氢电极的结构与电化学性能

Mg50Ni50非晶合金具有较高的初始放电容量（500mAh／g），有希望成为Ni-MH二次电池的负极合金材料。但较差的循环稳定性限制了它的进一步开发和应用。为此，本研究采用机械合金化方法，基于Mg侧进行元素替代，获得了四元Mg0.9-xTi0.1PdxNi（X=0．04-0．1）储氢合金。XRD和TEM分别从宏观和微观角度证实该系列合金仍为非晶态合金。本研究还发现，随着Pd含量的增加，腐蚀电流降低；合金的抗腐蚀能力提高。当Pd含量达到0．1的时候，Mg0.8Ti0．1Pd0．1Ni合金的耐蚀能力达到最大，其容量保持率也达到最高，经80次循环后放电容量仍然保持在200mAh／g以上。 AB3型La-Mg-Ni储氢合金与Mg基合金类似之处在于：具有较高的初始放电容量但循环容量保持率较低。为此，本研究将AB3型La0.7Mg0.3Ni3.5合金与具有较高循环稳定性的AB2型Ti0.17Zr0．08V0.35Cr0．1Ni0．3合金相复合，获得新型AB3-AB2复相合金。XRD研究表明复合物中La0．7Mg0．3Ni3．5和Ti0.17Zr0.08V0．35Cr0．1Ni0．3仍旧保持原有结构。扫描电镜（SEM）研究发现，复合物颗粒的平均尺寸在50μm左右。由于Ti0．17Zr0．08V0.35Cr0．1Ni0．3相的防护，复合物的耐腐蚀能力及100次循环容量保持率（62．3％）得以显著提高。     

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。     

Mg-Ni-Nd非晶电极合金充放电过程中的组织结构变化及对其放电容量的影响

采用熔体快淬法制备了(Mg70.6 Ni29.4)90Nd10的非晶贮氢合金带,用X射线衍射仪和高分辨电镜对该合金在充放电循环过程中的组织结构演变进行了动态跟踪.结果表明:(Mg70.6Ni29.4)90Nd10贮氢合金在充放电循环过程中由非晶态慢慢晶化为纳米晶,初生相NdMg2 Ni9在循环过程中逐渐转化为Mg2 Ni,α-Mg和Nd2H5相.电化学性能测试表明,由于微观结构的变化对其放电容量的影响过程分为3个阶段:首先是前两个循环的活化过程,在第3个循环达到放电容量最高值(580.5 mAh·g-1);接下来是放电容量显著降低的4～10个循环阶段;最后是放电容量保持稳定的11 ～20个循环.研究发现NdMg2 Ni9相的存在和保持合金的非晶结构是提高镁基电极合金循环稳定性的重要因素.     

替代元素铝和钕对La-Mg-Ni系AB3.5型贮氢合金性能的影响

用冷坩埚磁悬浮熔炼方法制备La0.7Mg0.3（Ni0.85-xCo0.15Alx）3.4（x=0.00,0.04）和La0.7-yNdyMg0.3（Ni0.81Co0.15Al0.04）3.4（y=0.10）贮氢合金,采用XRD,FESEM,EDS,P-C-T测试及三电极电化学性能测试研究合金的相结构、相成分、P-C-T曲线、电化学性能及相应电极的表面状态。Rietveld法全谱拟合表明,La0.7Mg0.3（Ni0.85Co0.15）3.4合金为多相结构,主相为Ce2Ni7型六方相,主相成分为（La,Mg）（Ni0.85Co0.15）2.9-3.3。P-C-T曲线显示随着Al和Nd的依次替代,平台压力从0.0118 MPa降低到0.0057 MPa再升高到0.0073 MPa。电化学性能测试表明,最大放电容量先从392.9 mAh.g^-1降低到363.4 mAh.g^-1再降低到343.7 mAh.g^-1,循环稳定性则从59.6%增加到73.1%再增加到79.7%。     

一种快速凝固AB2型储氢合金的球磨改性

通过熔纺（melt-spinning）法制备了Zr0.9Ti0.1（Ni0.57V0.1Mn0.28C0.05）2.1合金，并与C03Mo混合球磨以改善其动力学性能结果发现，经过球磨，储红合金与作为催化剂的Co3Mo接触更加紧密，电化学容量和活化性能得到明显改善交流阻抗测试表明，球磨大大改善了合金的表面活性．但长时间的球磨可使合金进一步非晶化，导致容量及活性的下降．实验结果还表明，将快速凝固合金与具有电催化作用的Co3Mo球磨得到的电极材料，其活性要高于合金与只作为导体的铜粉进行球磨或在无添加剂条件下进行球磨得到的电极材料．