新型La-Y-Ni储氢合金的元素调控和低温特性研究

采用真空感应熔炼-快淬、热处理工艺制备了A₂B₇型La_1.3Ce_0.5Y_4.2Ni_20-xMn_xAl(x=0,0.2,0.5,0.7)储氢合金,通过XRD,SEM,XPS,气相PCT曲线和低温电化学测试等方法,系统研究了B侧关键Mn元素部分替代Ni对合金微观组织、平台特性、低温电化学和动力学性能的影响规律,分析了电极反应前后表面的腐蚀/氧化形貌和产物。结果表明：合金主要由Ce₂Ni₇相和Gd₂Co₇相构成。随Mn元素的增加,Ce₂Ni₇相逐渐增多使电极的常温最大放电容量提高到380.1 mAh·g^-1;而Gd₂Co₇相的减少使合金的低温(-30℃)放电容量由286.6下降至64.7 mAh·g^-1。Mn掺杂对合金的双平...     

锂离子电池正极材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2的合成及电化学性能研究

以LiOH•H₂O, Ni₂O₃, Co₃O₄和MnO₂为原料, 经过机械活化后在空气气氛下经高温烧结, 合成了锂离子电池正极材料Li[Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂. 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学性能测试对所得样品的结构、形貌及电化学性能进行了表征. 结果表明, 900 ℃下烧结10 h后可获得晶粒细小均匀的层状Li[Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂材料, 并具有良好的电化学性能, 在室温下以60 mA/g的电流充放电, 首次放电比容量可达到248.2 mAh/g, 循环50次后放电比容量为239.4 mAh/g, 容量保持率为96.45％. 测试了该材料的高低温循环性能.     

纳米Al2O3包覆富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2的性能研究

采用纳米三氧化二铝(Al₂O₃)对富锂锰基正极材料Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂进行表面均匀包覆, 并考察了最优纳米Al₂O₃包覆量下材料的电化学性能. 扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)显示了纳米Al₂O₃对富锂锰基正极材料表面均匀包覆, X射线衍射分析(XRD)结果表明包覆后富锂材料依然具有良好的层状结构. 恒流充/放电循环测试发现, 包覆后的Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂材料的首次放电比容量为249.7 mA·h/g, 循环100次后的容量保持率为89.5%, 与未包覆的Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂材料相比, 容量保持率提升约13%. 循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)测试结果表明, 纳米Al₂O₃包覆可有效抑制材料极化, 降低界面阻抗和电荷转移阻抗, 进而提升富锂锰基正极材料的电化学性能.     

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...     

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.     

层状锰酸锂衍生物的阳离子价态与锂电池的电化学性能研究

采用溶胶-凝胶法, 通过锂盐、镍盐、钴盐与锰盐生成锂镍钴锰氧化合物的前驱体, 随后采用高温固相法合成了Li(Mn_1/3Co_1/3Ni_1/3)O₂. 借助于X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、循环伏安(CV)及充放电测试等现代测试手段研究了材料的晶型结构、离子价态及电化学性能. 前驱体经950 ℃煅烧可获得晶体结构完整、晶胞参数为a＝0.2864 nm, c＝1.4235 nm的六方层状Li(Mn_1/3Co_1/3Ni_1/3)O₂化合物; XPS结果表明Li(Mn_1/3Co_1/3Ni_1/3)O₂化合物表面上的Mn, Ni和Co分别以Mn^4＋, Ni^2＋和Co^3＋存在; 材料的高温放电比容量比室温要高, 在55 ℃下, 在2.5～4.6 V电压范围内, 电流密度为28 mA/g时材料首次放电容量195 mAh/g, 循环10次后容量保持在170 mAh/g; 循环伏安曲线上3.7 V和4.4 V的氧化还原过程对应于Ni^2＋/4＋和Co^3＋/4＋氧化还原电对的反应.     

席夫碱对La-Mg-Ni基储氢合金电化学性能的影响

为提高La-Mg-Ni基储氢合金La_0.73Ce_0.18Mg_0.09Ni_3.20Al_0.21Mn_0.10Co_0.60的电化学性能,由5-溴水杨酸和苯胺合成了一种席夫碱作为表面改性剂,对储氢合金进行表面处理。 从紫外与红外图谱可知,合成了目标席夫碱。 添加1%席夫碱后,合金的相结构没有改变。 与未添加席夫碱的合金电极相比,电极的最大放电容量略有下降,但50次充放电循环后合金电极的容量保持率有较大幅度提高,添加5%席夫碱的电极容量保持率从63%提高到75%,高倍率放电性能也有增加。 经表面处理后,合金电极的交换电流密度I₀与极限电流密度I_L均有大幅度提高,动电位极化曲线也表明合金电极的抗腐蚀能力变强。 以上结果均表明,添加少量席夫碱有助于改善储氢合金电极的电化学性能。     

碳纳米管-Mm(Ni-Co-Al-Mn)5复合储氢材料的电化学性能研究

本文首次研究了碳纳米管-MmNi_3.6Co_0.7Al_0.3Mn_0.4复合储氢材料的制备及其电化学性能,在250mA/g放电的条件下,其电化学储氢量达到320mAh/g,相同条件下MmNi_3.6Co_0.7Al_0.3Mn_0.4储氢量为270mAh/g.通过循环伏安法研究氢在复合电极上电化学特性表明,碳纳米管与MmNi_3.6Co_0.7Al_0.3Mn_0.4的复合促进了氢的吸附.     

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%     

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。     

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-9Gd-2Nd-0.8Al合金热压缩行为及热加工图

采用光学显微镜、扫描电镜研究了铸态和均匀化态的Mg-9Gd-2Nd-0.8Al合金的显微组织,然后用Gleeble-1500D热模拟试验机对均匀化态合金在变形温度350～500℃,应变速率0.003～1 s^-1条件下进行了热压缩实验,计算了合金的变形激活能,构建并分析了合金的本构方程和热加工图。结果表明：铸态Mg-9Gd-2Nd-0.8Al合金主要由α-Mg基体和Mg₅Gd,Mg₄₁Nd₅,Al₂RE相组成,经均匀化处理后(510℃×12 h),Mg₅Gd和Mg₄₁Nd₅相基本溶解,Al₂RE相保持稳定。均匀化态合金的流变应力曲线表现出动态再结晶的特征,其流变应力和峰值应力随温度的升高或应变速率的降低而显著降低,合金的变形激活能为185.836 kJ·mol^-1。合金在本实验的变形条件范围内存在两个失稳区：变形温度350～375℃,应变速率0.003～0.012 s     

Coating of Al2O3 on layered Li(Mn1/3Ni1/3Co1/3)O2 using CO2 as green precipitant and their improved electrochemical performance for lithium ion batteries

Li(Mn_1/3Ni_1/3Co_1/3)O₂ cathode materials were fabricated by a hydroxide precursor method.Al₂O₃ was coated on the surface of the Li(Mn_1/3Ni_1/3CO_1/3)O₂ through a simple and effective one-step electrostatic self-assembly method.In the coating process,a NaHCO₃-H₂CO₃ buffer was formed spontaneously when CO₂ was introduced into the NaAlO₂ solution.Compared with bare Li(Mn_1/3Ni_1/3Co_1/3)O₂, the surface-modified samples exhibited better cycling performance,rate capability and rate capability retention.The Al₂O₃-coated Li(Mn_1/3Ni_1/3Co_1/3)O₂ electrodes delivered a discharge capacity of about 115 mAh·g^-1 at 2A·g^-1,but only 84 mAh·g^-1 for the bare one.The capacity retention of the Al₂O₃-coated Li(Mn_1/3Ni_1/3Co_1/3)O₂ was 90.7%after 50 cycles,about 30%higher than that of the pristine one.     

Gd-La-Al合金的微观结构与磁热效应

以Gd_3-xLa_xAl₂ (x=0,0.1,0.2,0.3)磁制冷材料为研究对象,系统分析了合金的相组成、微观组织及磁热性能。结果表明,Gd_3-xLa_xAl₂(x=0,0.1,0.2,0.3)合金均由Gd₃Al₂相、GdAl相、Gd₂Al相组成。La原子主要分布于Gd₂Al相,且La元素的添加具有调控Gd Al相形貌的作用。对M-T曲线求一阶导数可得,Gd_3-xLa_xAl₂ (x=0,0.1,0.2,0.3)合金的居里温度T_C随La含量的增加呈逐渐降低的趋势,分别为275,267,261,252 K,适用于近室温领域的制冷。利用Landau理论,分析了Gd_3-xLa_xAl₂ (x=0,0.1,0.2,0.3)合金的磁相...     

赝电容控制型钙钛矿高熵氧化物La(Co0.2Cr0.2Fe0.2Mn0.2Ni0.2)O3负极材料的制备及储锂性能

采用金属硝酸盐为金属源, NaOH和Na₂CO₃为沉淀剂, 利用共沉淀法制备了La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃高熵氧化物负极材料, 研究了粉体的微观结构和电化学性能, 并与传统的LaCoO₃的电化学性能进行了比较. 通过扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)和N₂吸附-脱附测试对其进行了表征, 结果表明, 所制备的 La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃高熵氧化物为钙钛矿结构, 形貌为球状, 且各组成元素分布均匀, 比表面积(19.83 m²/g)较高. 储锂性能研究表明, La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃高熵氧化物负极材料具有较高比容量、 优异的倍率性能和循环稳定性, 在200 mA/g的电流密度下, 其首次放电比容量为855.8 mA·h/g, 循环150次后, 比容量增加到771.8 mA·h/g, 远高于理论比容量(331.6 mA·h/g); 在3000 mA/g的高电流密度下循环500次后, 其仍能保持320 mA·h/g的可逆比容量, 接近其理论比容量, 容量保持率高达95.1%. La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃高熵氧化物储锂性能的大幅度提高, 主要归因于熵稳定的晶体结构和多主元协同效应, 使其具有较大的锂离子扩散系数(11.2×10^-18 cm²/s)和较高的赝电容贡献.     

锂离子电池正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2研究进展

富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂因具有超过250 mA·h·g^-1的可逆比容量和高工作电压(>3.5 V. Li/Li⁺)以及经济成本低的特点，在便携式电子设备中发挥着重要的作用，也被认为是下一代混合动力汽车(HEV)和电动汽车(EV)的理想动力源，是一种有前途的正极材料。由于富锂锰基正极材料存在低倍率容量、电压衰减严重、初始容量损失大的问题，因此提高电池的容量和寿命是目前研究的重点。为此综述了锂离子电池富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂的储锂机理、制备方法以及改性研究。     

LiCl-KCl-LaCl3熔盐体系中La(III)的电化学行为

在773 K条件下,研究了La（III）在LiCl-KCl熔盐中W和Ni电极上的电化学行为。La（III）还原反应是一步三电子转移的准可逆反应;通过在Ni电极上直接电沉积La的方法可以获得La-Ni金属间化合物;恒电位电解可以获得含三种金属间化合物（LaNi₅、La₇Ni₁₆和La₂Ni₃）的La-Ni合金层,并且通过X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜-能谱分析仪（SEM-EDS）确定物相并表征结构。采用开路计时电位法估算了LaNi₅金属间化合物的标准生成吉布斯自由能。揭示了恒电位电解方法是制备La-Ni镀层合金以及提取熔盐中La的有效方法。     

热处理温度对La-Y-Ni合金相结构和电化学性能的影响

采用磁悬浮感应熔炼法制备了组分为LaY_2Ni_(9.7)Mn_(0.5)Al_(0.3)的合金,在不同温度(1 073～1 373 K)下对合金进行热处理,利用X射线衍射法(XRD)、电子探针(EPMA)和电化学性能测试等方法,系统地研究了热处理温度对合金相结构和电化学性能的影响。结果表明,热处理可以显著提高合金的相均匀度,随着热处理温度的升高合金中的主相Ce_2Ni_7相先增加后减少。电化学研究表明,合金电极的最大放电容量、倍率性能和循环稳定性随着热处理温度的升高均呈现先升高后降低的趋势,与Ce_2Ni_7相含量的变化一致。电化学压力-组成-温度(P-C-T)测试表明,合金具有2个放氢平台,且随着热处理温度的升高合金的放氢坪台压增加。当热处理温度为1 273 K时,合金的Ce_2Ni_7相含量最高为86.53%(w/w),电化学性能最佳,最大放电容量为386.80 mAh·g~(-1)(60mA·g~(-1)),在电流密度为900 mA·g~(-1)时的高倍率性能HRD_(900)=89.45%,循环300周后的容量保持率S_(300)=72.18%(300 mA·g~(-1))。     

Dy(Ⅲ)离子在LiCl-KCl熔盐中的电化学行为及Dy-Ni金属间化合物的选择性制备

采用循环伏安、方波伏安和开路计时电位等电化学方法研究了Dy(Ⅲ)离子在LiCl-KCl 共晶盐中的电化学行为及Dy-Ni 合金形成的电化学机理. 循环伏安和方波伏安法研究表明, Dy(Ⅲ)离子的电化学还原过程为三个电子转移的一步反应. 与惰性W电极相比, Dy(Ⅲ) 离子在Ni 电极上的循环伏安曲线多出了三对氧化还原峰,是由于Dy与Ni 形成了合金化合物, 导致Dy(Ⅲ)离子在活性Ni 电极发生了欠电位沉积. 采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)附带能量散射谱(EDS)对恒电位(-1.6, -1.8 和-2.0 V)电解制备的Dy-Ni 合金进行分析, 分别获得了DyNi₅, Dy₂Ni₇和DyNi₂金属间化合物. 实验结果表明, 通过控制电位进行恒电位电解可以有选择性地制备不同的金属间化合物.     

Pu在Gd2Zr2O7基质中的模拟固化: (Gd1-xCex)2Zr2O7+x的热物理性能研究

采用高温固相反应,以NaF作助熔剂,在1000 ℃的温度下合成了锕系元素Pu的模拟固化体(Gd_1-xCe_x)₂Zr₂O_7+x (0 ≤ x ≤ 0.7).研究了模拟固化体的物相、热膨胀系数(TEC)、热导率(TC)随温度及组成的变化规律.粉末X射线衍射(XRD)测试结果表明: Gd₂Zr₂O₇基质本身呈弱有序烧绿石结构,而用Ce⁴⁺取代Gd³⁺的模拟固化体都呈缺陷萤石结构. (Gd_1-xCe_x)₂Zr₂O_7+x的Ce(3d) X射线光电子能谱(XPS)有六个峰,结合能分别位于881.7, 888.1, 897.8, 900.4, 907.1, 916.1 eV处,与CeO2的XPS图谱非常相似,说明Ce为四价.随着温度的升高,所有样品的热膨胀系数总体上呈增大趋势.在室温至750 ℃附近,大部分样品的热导率随温度的升高而降低,之后热导率又呈小幅上升.在相同温度下,固化体(Gd_1-xCe_x)₂Zr₂O_7+x (0 ≤ x ≤ 0.7)的热膨胀系数及热导率随组成变化呈相同趋势:在0 ≤ x ≤ 0.1范围内随x的增大而增大,随后在x = 0.1-0.7时逐渐减小.