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...     

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。     

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。     

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...     

退火处理对新型无镁Y0.7La0.3Ni3.25Al0.1Mn0.15储氢合金结构和电化学性能的影响

通过电弧熔炼制备了无镁La-Y-Ni系A₂B₇型Y_0.7La_0.3Ni_3.25Al_0.1Mn_0.15合金, 并在高纯0.2 MPa Ar气氛下分别对合金进行850~1050 ℃真空24 h退火热处理. 通过X射线衍射(XRD)、 中子衍射(ND)、 扫描电子显微镜/能量分散谱(SEM/EDS)和电化学测试方法研究了退火温度对合金结构和性能的影响. 结构分析表明, 铸态合金由CaCu₅, Ce₅Co₁₉, Gd₂Co₇, Ce₂Ni₇多相构成, 随着退火温度升高, CaCu₅, Ce₅Co₁₉, Gd₂Co₇相逐步减少直至消失, Ce₂Ni₇主相相丰度逐步增加. 900~950 ℃退火时, 合金为单相Ce₂Ni₇结构. 退火温度继续升高, 合金中出现少量PuNi₃相. 合金电极的最大放电容量随着退火温度的升高先增加后降低. 从铸态的307.6 mA·h/g增加到900 ℃退火时的最大值393.1 mA·h/g, 后又降到1050 ℃退火时的366.4 mA·h/g. 合金电极的电化学循环稳定性随退火温度的升高而升高, 循环100次后电化学容量保持率(S₁₀₀)从铸态的66%上升到1050 ℃退火后的88.5%, 900~950 ℃退火时, 合金电极具有较好的综合电化学性能.     

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.     

热处理对A2B7型RE-Mg-Ni合金相结构及性能的影响

采用磁悬浮感应熔炼法制备了La0.35Gd0.2Sm0.2Y0.1Mg0.15Ni3.35Al0.15合金。通过XRD,SEM,PCT及电化学性能测试等方法,研究了热处理对于该合金相结构及性能的影响。结果表明:该合金主要由PuNi3型、CaCu5型、Ce2Ni7型和Ce5Co19型相组成,随着热处理温度的提高,合金中CaCu5型相减少,Ce2Ni7型相和Ce5Co19型相增加,热处理温度高于1223 K后,合金主相由PuNi3型相转为Ce2Ni7型相,合金的储氢量增加,吸放氢平台压及平台斜率降低,电化学循环稳定增强。     

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。     

LaNi_(3.8-x)Al_x(0≤x≤0.5)多相储氢合金的结构及电化学性能

采用真空电弧熔炼法制备了LaN i3.8-xA lx(0≤x≤0.5)储氢合金,并在氩气气氛中进行退火处理。通过X射线衍射(XRD),S ievert′s方法和电化学测试分别分析了合金的物相结构、储氢和电化学性能。研究结果表明:LaN i3.8-xA lx(0≤x≤0.5)合金主要由LaN i5,Ce2N i7,Pr5Co19和Ce5Co19型相组成。随着A l的变化,各相相丰度发生变化,而相丰度的变化影响了合金的滞后和吸/放氢平台压力。随着x的增加,LaN i3.8-xA lx(0≤x≤0.5)合金的放电容量先增大至270 mAh.g-1(x=0.3),然后缓慢降低;在x=0.3时合金显示出较好的充/放电循环稳定性。极化电阻和电化学交流阻抗则随着x的增加缓慢降低,交换电流密度增大,导致高倍率放电有所增大。     

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。     

无镁超点阵结构A_2B_7型La_(1-x)Y_xNi_(3.25)Mn_(0.15)Al_(0.1)合金的储氢和电化学性能

采用真空电弧熔炼和热处理(950℃×10 h)方法制备了新型无镁超点阵结构A_2B_7型La_(1-x)Y_xNi_(3.25)Mn_(0.15)Al_(0.1)(x=0,0.25,0.50,0.67,0.75,0.85,1.00)退火合金,研究了A端稀土Y元素对退火合金微观组织结构、储氢行为及电化学性能的影响.结果表明,退火合金微观组织的主相均由Ce_2Ni_7型结构组成,随稀土Y含量x增大,Ce_2Ni_7型主相丰度呈先增加后减小的规律,同时Ce_2Ni_7型主相的晶胞体积V逐渐减小.气体储氢时,x=0~0.25合金无压力-组成-温度(PCT)曲线平台且易形成氢致非晶化;当x≥0.50时,合金能有效抑制储氢时的氢致非晶化倾向且具有明显的吸/放氢平台特征,吸氢平台压范围为0.026~0.097 MPa,最大储氢量为1.418%~1.48%(质量分数),储氢性能得到极大改善.电化学测试结果表明,x=0.50~0.85的合金具有较高的电化学放电容量(350.4~381 mA·h/g),经100次充放电循环后容量保持率S100=52%~85%,其中稀土Y含量x=0.67~0.75时的合金具有良好的储氢性能及较好的综合电化学性能.合金电极的高倍率放电性能HRD900=64.5%~85.7%,氢原子在合金体相中的扩散是电极反应动力学过程的控制步骤.     

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.     

AB2型Laves相储氢合金研究进展

AB₂型储氢合金因其具有理论储氢容量高、循环寿命长以及性价比高等优点引起研究者的广泛研究兴趣。但是，AB₂型储氢合金还存在活化困难、易毒化以及平台高等缺点阻碍了其实际应用。近年，针对AB₂型合金的缺点，研究者们进行了大量的改性研究，并取得了很大进展。本文综述了AB₂型储氢合金近30年以来的研究进展情况，重点介绍了改善其储氢性能的方法，提出了AB₂型合金今后的重点研究方向。     

影响TiMnx非计量比合金储氢容量的结构因素

以TiMn_x (x = 1.4, 1.5, 1.6, 1.7)非计量比合金为对象,系统研究了储氢容量与其内在结构之间的相关性。结果表明,所有合金的主相均为C14型Laves相,但其储氢容量却存在显著差异。其中TiMn_1.4合金的储氢量约为0.65% (w,质量分数),吸/放氢平台较倾斜,且存在明显的滞后;而TiMn_1.5合金的可逆储氢量达到1.2% (w),平台较为平坦;但继续增加x,其储氢量反而降低,如x = 1.6合金的储氢量仅为0.30% (w),而x = 1.7合金则几乎不吸氢。进一步结构解析表明,上述储氢容量的迥异主要归因于部分Ti原子占据Mn(2a)位置,且其占位率随x的增加而降低,随之C14相中贮氢四面体间隙体积减小;而引起贮氢四面体间隙体积发生变化的主要因素是Ti―Ti键和Mn(2a)―Mn(2a)键的键长,其中Mn(2a)―Mn(2a)键长的增加对合金储氢容量的提升起关键作用。     

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。     

稀土元素改性钒基固溶体储氢合金研究进展

钒基固溶体储氢合金具有体心立方(BCC)结构,储氢质量分数在3.8%以上,充放电容量为1052 mA·h/g,优于AB₂和AB₅等系列合金,并且在常温常压下表现出较高的氢溶解度和扩散系数,因此在氢储运系统以及氢能源供应等领域具有广阔的应用前景,但钒基固溶体合金存在着活化难度大、放氢条件苛刻、循环寿命短以及对氧敏感易氧化等问题。研究表明,稀土对多种固态储氢材料均有很好的改性作用,将稀土元素通过元素替代或掺杂的方式加入到钒基固溶体合金中,有助于生成高活性的稀土或稀土氧化物第二相,可明显改善材料的吸放氢热力学、循环稳定性以及抗毒化性质,同时可减少材料内的氧含量,提高材料的活化特性。电化学性能方面,稀土元素的添加能显著提升合金电极的循环稳定性、耐腐蚀能力以及高倍率放电性能。因此,稀土元素取代是实现钒基固溶体储氢材料实际应用的一项行之有效的方法。本文报道了近30年稀土改性钒基固溶体储氢合金的研究现状,重点总结了稀土元素的作用机制,并对今后重点研究方向进行了展望。     

铈添加对Ti26．5Cr20（V45Fe8．5）0．98Si2合金结构及储氢性能的影响

通过XRD,SEM,恒温等容储氢性能测试等方法,研究了Ce添加对Ti265Cr20（V45Fe8．5）098Si2Cex（x=0～2．0％（原子分数））合金结构及储氢性能的影响。结果表明,Ti26．5Cr20（V45Fe85）0.98Si2Cex（x=0～2．0％）合金为BCC和C14 Laves相双相合金,随合金中Ce添加量的增加,合金的晶格常数增大,而合金中C14 Laves相的含量减少,平衡压从0．233MPa降低到0．167MPa,合金的吸氢动力学性能得到改善,最大吸氢量也由3．08％增加至3．19％（质量分数）,PCT曲线的平台斜率减小。合金的储氢性能的改善与Ce的加入抑制了部分C14Laves相的析出,减少了合金中C14Laves相的含量密切相关。     

3NaBH4/ErF3复合储氢材料的制备及吸放氢特性

采用高能球磨法制备了3NaBH4/ErF3复合储氢材料, 并研究了其相结构和储氢性能. X射线衍射(XRD)显示, NaBH4和ErF3在球磨过程中未发生反应; 同步热分析(TG-DSC)测试结果表明, 3NaBH4/ErF3体系在420℃开始放氢, 比相同测试条件下纯NaBH4的放氢温度降低了约100℃, 放氢量为3.06%(质量分数). 压力-成分-温度(Pressure-Composition-Temperature, PCT)性能测试结果显示, 3NaBH4/ErF3复合储氢材料在较低的温度(355~413℃)及平台氢压(<1 MPa)下即拥有良好的可逆吸放氢性能, 最高可逆吸氢量可达到2.78%(质量分数), 吸氢后体系重新生成了NaBH4相. 计算得吸氢焓变仅为-36.8 kJ/mol H2; 而放氢焓变为-180.8 kJ/mol H2. NaBH4在ErF3的作用下提高了热动力学性能, 并实现了可逆吸放氢.     

铈添加对Ti16.5Cr20(V45Fe8.5)0.98Si2合金结构及储氢性能的影响

通过XRD,SEM,恒温等容储氢性能测试等方法,研究了Ce添加对Ti26.5Cr20(V45Fe8.5)0.98Si2Cex(x=0～2.0%(原子分数))合金结构及储氢性能的影响.结果表明,Ti16.5Cr20如(V45Fe8.5)0.98 Si2Cex(x=0～2.0%)合金为BCC和C14 Laves相双相合金,随合金中Ce添加量的增加,合金的晶格常数增大,而合金中C14 Laves相的含量减少.平衡压从0.233 MPa降低到0.167 MPa,合金的吸氢动力学性能得到改善,最大吸氢量也由3.08%增加至3.19%(质量分数),PCT曲线的平台斜率减小.合金的储氢性能的改善与Ce的加入抑制了部分C14 Laves相的析出,减少了合金中C14 Laves相的含量密切相关.     

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。