测试技术在稀土贮氢合金研究中的应用

本文较为详细地介绍了研究稀土贮氢合金性能过程中几种常用的测试技术。在贮氢合金组织结构方面，应用XRD、SEM和金相测试技术，研究贮氢合金的相结构，通过有关公式计算合金晶粒尺寸，以及反映热处理工艺前后相结构、晶粒形貌、晶界的变化情况。在贮氢合金吸放氢机理方面，通过将贮氢合金粉制作成微电极，采用恒电位阶跃、交流阻抗、循环伏安电化学测试技术，研究稀土贮氢合金电极反应的动力学性能，计算合金电极的交换电流密度、氢扩散系数及固／液界面电荷传递电阻等参数；采用PCT测试仪，研究贮氢合金的储氢量、平衡氢压等性能。在贮氢合金电化学性能方面，通过采用模拟电池测试技术，研究贮氢合金的活化、放电容量、放电平台、循环等性能。     

稀土贮氢合金电极在乙醛酸电解制备中的应用

研究了以AB5型稀土贮氢合金作催化还原电极恒电位电解草酸制备乙醛酸,合金表面处理和电极活化可提高电解产率和电流效率.确定了最佳电解工艺条件:电流密度120mA·dm-2,电解液温度30℃,草酸浓度1.0mol·L-1,此时电流效率为86%,电解产率为88%.随着电解次数的增加,由于贮氢合金膨胀粉化及表面被电解产物覆盖,电流效率和乙醛酸产率均呈下降趋势,在电解过程中即时分离电解产物有利于提高电流效率和乙醛酸产率.     

富镧混合稀土贮氢合金分离氢中Kr,Xe性能的研究

叙述Ｍ１Ｎｉ４．５Ａｌ０．５贮氢合金分离氢中氪、氙的基本原理，分了分离时氢中氪、浓度与分离温度的关系。结果表明，当Ｔ为２９８Ｋ时，贮氢合金Ｎ１Ｎｉ４．５Ａｌ０．５与ＴｉＦｅ０．８６Ｍｎ０．１的分离性能基本相似，分离浓度与放氢体积符合Ｎ＝ａｅ＾－ｂｒ方程。     

热缓冲剂对稀土贮氢合金吸氢动力学的影响

以铜粉作为热缓冲剂添加到稀土贮氢合金粉中,应用动力学机理函数计算机拟合的方法,研究了ML(NiCoMnAlCu)5和Mm(NiCoMnAlCu)5(ML为富镧混合稀土金属,Mm为富铈混合稀土金属)在α+β相区恒温吸氢动力学.研究结果表明,当铜粉与贮氢合金粉达到一定比例时,能够消除热传导对吸氢动力学的影响.富铈稀土合金和富镧稀土合金吸氢均受氢在β相的内扩散控制,合金中随La/Ce比例的减小,吸氢速度加快.     

掺硅MlNi5系稀土贮氢合金电化学性能

对ＭｌＮｉ３．５Ｃｏ０．７５－ｘＳｉｘＡｌ０．２Ｍｎ０．５５的显微组织结构及电化学性能进行了系统的研究。当ｘ＝０．１,０．２时,合金的放电容量较大、活化速度快、大电流放电容量较高、放电电压稳定。Ｘ射线分析和扫描电镜观察表明该系合金由ＬａＮｉ３与Ｌａ２Ｎｉ７两相组成,且随Ｓｉ含量的提高,非贮氢相ＬａＮｉ７相增加。     

Mg-Cu-Nd贮氢合金的微观组织结构及贮氢性能研究

采用熔体快淬法制备了(Mg72.2Cu27.8)90Nd10的非晶贮氢合金带,用DSC差热分析仪测定了非晶合金带的热稳定性和非晶形成能力,采用透射电镜TEM和X射线衍射仪表征了不同结晶程度的贮氢合金带的微观组织结构.结果表明:非晶(Mg72.2Cu27.8)90Nd10贮氢合金的晶化过程分为3个步骤:首先在170℃生成平均晶粒尺寸为5～10nm Mg2Cu相;当回火处理温度升高至210℃时,非晶(Mg72.2Cu27.8)90Nd10贮氢合金发生了第二步晶化反应,生成了α-Mg相;当回火处理温度升高到335℃以后,非晶贮氢合金已经完全晶化,生成了稳定的Mg2Cu,α-Mg和Cu5Nd相,晶化后的颗粒尺寸有50～80nm.对不同组织结构的(Mg72.2Cu27.8)90Nd10合金的贮氢性能测试表明:完全非晶状态的(Mg72.2Cu27.8)90Nd10合金具有最快的吸氢速率和最高的贮氢量(3.2%(质量分数)).     

贮氢材料研究进展

氢作为一种新的能源,受到各国政府和科学家的极大重视,其制备、贮存、输运及应用技术有了迅速的发展。本文综述贮氢材料的种类及其最近研究进展,并对最近发展起来的一些合金贮氢材料和碳质贮氢材料的制备方法作了介绍。     

汽车氢化物空调机用贮氢合金的研究

针对汽车发动机尾气废热为驱动热源的应用要求，研究了一对新的稀土系贮氢合金对Ｌａ０．６Ｍｌ０．４Ｎｉ４．７Ｃｒ０．８－Ｌａ０．２Ｍｍ０．８Ｎｉ４．３５Ｆｅ０．６５。该合金对在１５０～２５０℃／３５～４５℃／１５～２０℃工作温度下做制冷循环时，最大工作氢容量为４．５Ｈ／ｍｏｌＭ，理论特性系数ＣＯＰｃ为０．７４，可基本满足氢化物空调机应用要求。     

氢气在贮氢合金电极上析出反应机理的研究

贮氢合金电极上氢气的析出反应分为水分子的放电和吸附氢原子复合脱附两个步骤，即反应按Ｖｏｌｍｅｒ－Ｔａｆｅｌ机理进行，反应的超电势η可以区分为η１和η２两个组成部分，反映了Ｖｏｌｍｅｒ和Ｔａｆｅｌ反应的极化特征。析氢反应的速度由二者混合控制，在高超电势区，主要则由Ｖｏｌｍｅｒ反应所控制。     

容量稀土镁基贮氢合金的制备及性能研究

采用快淬法制备稀土镁基贮氢合金。研究了覆盖剂，以及镁含量、热处理工艺对合金电性能的影响。当镁含量为1．09wt％时，0．2C放电容量〉380mAh／g，以2C充放，循环寿命〉500次。经XRD分析，贮氢合金具有纳米晶结构，平均晶粒尺寸〈50nm。PCTN试结果表明，随着温度升高，合金的平台压力增加，平台区域变宽，且平坦。     

贮氢合金的吸放氢性能测定

贮氢合金的吸放氢量，压力组成等温线，以及吸放氢过程的热力学函数变化诸性能的测定，离不开一套适宜的高压一真空实验装置．不少研究者曾报导过较简单的仪器装置[1-4]．还有将吸氢装置配以色谱仪和质谱仪来研究合金的吸氢与中毒问．为测定各类贮氢合金的吸氢性能本实验室研制并装配了一种准确实用的实验装置，可在-196℃至＋500℃和16MPa－0．0001MPa氢压范围内获得准确的平衡数据．1实验装置与仪器实验装置由阀件、压力表、压力传感数字低压计、真空泵和反应器组成（图1）．全部管路为外径rk3mm的不锈钢管．阀件是自行设计的高压微型阀…     

容量稀土镁基贮氢合金的制备及性能研究

采用快淬法制备稀土镁基贮氢合金.研究了覆盖剂,以及镁含量、热处理工艺对合金电性能的影响.当镁含量为1.09wt%时,0.2C放电容量＞380mAh/g,以2C充放,循环寿命＞500次.经XRD分析,贮氢合金具有纳米晶结构,平均晶粒尺寸＜50nm.PCT测试结果表明,随着温度升高,合金的平台压力增加,平台区域变宽,且平坦.     

MlNi5-xSnx合金贮氢性能研究

研究了富镧混合稀土贮氢合金ＭｌＮｉ５ 及加Ｓｎ 后对合金的结构、活化性能、吸氢容量和平衡氢压等性能的影响。通过Ｘ 射线衍射分析进行物相分析， 测试了２９８ ，３１３，３３３ Ｋ 温度下合金的吸、放氢ＰＣＴ曲线。结果表明，ＭｌＮｉ５ － ｘＳｎｘ 合金（ｘ＝０ ～０．４） 为六方晶体结构的单相组织。以Ｓｎ 部分取代Ｎｉ 改善了ＭｌＮｉ５ 的活化特性， 并使平台压力降低， 吸、放氢滞后减小。随着Ｓｎ 含量增加， 晶胞体积增大， 平衡氢压降低， 生成热减小， 氢化物稳定性提高。而少量的Ｓｎ 对吸氢能力降低较小， 是理想的替代元素。     

硼掺杂对稀土贮氢合金相结构和电化学性能的影响

研究了用B掺杂替代Al对AB5型稀土贮氢合金相结构和电化学性能的影响。对M1Ni3．55Co0．75Mn0.4Al0．3-xBx（x=0，0．1，0．2，0．3）合金的研究结果表明：掺B后贮氢合金出现了CeCo4B第二相，导致贮氢合金的电化学容量下降；随B含量的增加和Al含量的减少，氢的扩散系数明显上升，合金的极化电阻减小，合金的高倍率放电性能和低温性能得到明显改善。     

缺陷对混合稀土贮氢合金性能的影响

贮氢合金是一种重要的功能材料。在多种贮氢合金中,AB~5型稀土系贮氢合金的应用最为广泛。本文用正电子湮没技术(PAT)对AB~5型混合稀土贮氢合金的缺陷进行了研究,并结合X射线衍射(XRD)测试、循环伏安(CV)测试以及合金容量的测定,对合金的结构及性能进行了研究。结果表明,合金微观缺陷的存在能大幅度提高金的性能。     

低钴AB5型稀土系贮氢电极合金的研究

为了进一步降低AB5型混合稀土系贮氢合金的成本,采用Cr,Si,Cu替代Co和调节化学计量比的方法制备低钴AB5型贮氢合金。结果表明:3种取代元素在寿命方面的效果依次为Si>Cr>Cu,在放电容量和活化性能方面依次是Cu>Cr>Si。Cr,Cu,Si只有少量的替代才可能发挥其有利影响;通过非化学计量比的调节,低钴混合稀土系贮氢电极合金的放电容量、活化性能及倍率放电能力都能较好地达到实用要求,但是循环寿命有待提高。     

贮氢合金电极的活化方法和作用机理研究

比较研究了采用电化学方法、ＫＢＨ４还原，ＫＯＨ刻蚀及ＫＯＨ＋ＫＢＨ４联合作用对Ｍｍ（ＮｉＣｏＭｎＡｌ）５型贮氢电极的活化作用，发现采用浓热ＫＯＨ处理的电极可以实现快速充分的活化，且具有放电电压低、稳定容量高及操作简便的特点．对活化过程的作用机理研究表明，ＫＯＨ活化主要是通过溶解反应使稀土和镍元素富集生成有利于吸氢反应的表面组成．ＫＢＨ４及电化学活化方法则是利用反应产生的活性氢裂解合金颗粒，生成高活性的新鲜表面和晶体缺陷     

电化学法测定几种稀土贮氢合金的热力学函数

贮氢材料由于能可逆地吸放氢,得到了广泛地应用.特别是以贮氢材料为负极制成的氢镍二次电池,容量为同类型镉镍电池的1.5～2倍,且电压又相近,是镉镍电池的理想换代产品,受到人们普遍的关注。LaNi_(4.5)Mn_(0.5),LaNi_(4.9)Sn_(0.1)和La_(0.8)Nd_(0.2)Ni_(2.5)Co_(2.4)Al_(0.1)是电化学性能较优越的贮氢合金。LaNi_(4.5)Mn_(0.5)的电化学容量高,理论容量可达400mAh.g~(-1).LaNi_(4.9)Sn_(0.1)和La_(0.8) Nd_(0.2)