稀土氧化镱对La-Mg-Ni系A2B7型储氢合金电极性能的影响

研究了分别添加纳米和微米级稀土氧化物Yb2O3(%,质量分数)后对La-Mg-Ni系A2B7型储氢合金电极电化学性能的影响。研究结果表明,添加Yb2O3能有效抑制合金电极表面La(OH)3和Mg(OH)2析出,随Yb2O3含量增加,La-Mg-Ni系A2B7型储氢合金电极的循环稳定性提高,但电极放电容量有所降低,电极动力学反应极化增加;Yb2O3粉末颗粒尺寸和团聚状态对合金电极性能影响比较明显,添加纳米级/微米级Yb2O3后均降低了合金电极放电容量,其中微米级Yb2O3对合金电极循环稳定性的改善效果更为明显。合金电极的循环稳定性与其放电过程的截止电位(-0.8～-0.6 V,相对Hg/HgO电极)有关,随截止电位减小,合金腐蚀倾向增加,电极循环寿命变差;Yb2O3在截止电位区间发生的电化学氧化-还原反应与储氢合金电极循环稳定性关系密切。     

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.     

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.     

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。     

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。     

La2-xMgNi9-5x (x=0～1.0)贮氢合金的晶体结构与电化学性能研究

系统研究了La2-xMgNi9-5x (x=0～1.0)合金的晶体结构与电化学性能. XRD及Rietveld全谱拟合方法分析表明, x=1.0时合金由单一相的LaMgNi4相组成, 其余合金均由LaMgNi4与 (La, Mg)Ni3相组成. 随x的减小, 合金中LaMgNi4相丰度递减, x=0.5时合金中主相变为PuNi3型 (La,Mg)Ni3. 在LaMgNi4相中, Mg占据4c位置, 而在(La, Mg)Ni3相中Mg占据6c位置. 电化学实验表明, 合金氢化物电极放电容量随x的减小而增加, 由x=1.0时的170 mAh*g-1增加至x=0.0时的392 mAh*g-1.     

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。     

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.     

不同碱溶液表面处理对稀土镁镍基储氢合金的影响（英文）

采用相同浓度即6 mol·L-1 LiOH、NaOH和KOH对稀土镁镍基储氢合金进行表面处理,研究了不同碱溶液和不同处理时间对合金表面形貌、组成和电极电化学性能的影响。研究表明,合金经6 mol·L-1 NaOH溶液处理10 min后具有最好的综合电化学性能。但随着处理时间的延长,采用6 mol·L-1 NaOH溶液处理的合金放电容量衰减明显,实验证明这是由合金表面稀土元素和Al元素的大量溶解进入碱溶液造成的。3种碱溶液比较,Li OH溶液能有效去除合金表面镁元素减少合金在碱溶液处理过程中的氧化,虽然形成的表面不利于H在合金表面的吸脱附,却能有效提高合金在碱溶液中的抗腐蚀能力,提高合金的循环稳定性。     

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。     

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。     

Mg0.9Ti0.1Ni0.85Co0.15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。     

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.     

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.     

La0.65-xPrxNd0.12Mg0.23Ni3.4Al0.1(x=0.0～0.2)储氢合金电化学性能研究

为了解Pr取代La对La-Mg-Ni系(AB3.5型)储氖合金性能的影响,研究了La0.65-xPrxNd0.12Mg0.23Ni3.4Al0.1(x=0.0～0.2)储氢合金电化学性能,重点考察了其电化学动力学特性.试验表明,Pr取代La使合金的储氢容量有所降低,但循环稳定性没有明显的变化.Pr取代La对合金的电化学动力学性能产生了明显的影响,随Pr的添加,合金电极在放电电流密度为1800 mA·g-1的高倍率放电能力(HRD)从26.0%(x=0.0)显著地增加到60.0%(x=0.1),然后缓慢减小到55.8%(x=0.2).电化学阻抗谱、线性极化曲线、阳极极化曲线及氢扩散系数测量结果均表明,合金中添加Pr改善了合金电极的电化学动力学特性.     

不同碱溶液表面处理对稀土镁镍基储氢合金的影响

采用相同浓度即6 mol·L^-1 LiOH、NaOH和KOH对稀土镁镍基储氢合金进行表面处理,研究了不同碱溶液和不同处理时间对合金表面形貌、组成和电极电化学性能的影响。研究表明,合金经6 mol·L^-1 NaOH溶液处理10 min后具有最好的综合电化学性能。但随着处理时间的延长,采用6 mol·L^-1 NaOH溶液处理的合金放电容量衰减明显,实验证明这是由合金表面稀土元素和Al元素的大量溶解进入碱溶液造成的。3种碱溶液比较,LiOH溶液能有效去除合金表面镁元素减少合金在碱溶液处理过程中的氧化,虽然形成的表面不利于H在合金表面的吸脱附,却能有效提高合金在碱溶液中的抗腐蚀能力,提高合金的循环稳定性。     

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%。     

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。     

Mg_(2-x)La_xNi及Mg_(2-x)Ce_xNi合金的腐蚀性能研究

应用电化学方法研究了Mg2-xLaxNi及Mg2-xCexNi储氢合金的腐蚀性能.恒电位极化和交流阻抗测试表明,经Ce或La取代后的合金,其前者腐蚀电流及电化学极化电阻均随Ce取代量增加而降低,而后者的腐蚀电流却随La取代量的增加而增加,但极化电阻则呈先降后升趋势.合金极化后SEM测试显示,经Ce取代后合金表面较平整,而用La取代的则明显有裂纹.作者认为这主要与La、Ce的氧化物的结构有关.     

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。